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行业概况

钙钛矿电池产业地位

根据不同的技术定位，可将太阳能光伏电池划分为一代晶体硅电池、二代薄膜电池及三代电池。其中，一代的晶体硅电池主要涵盖了多晶硅电池和单晶硅电池两大类别，它们成为了当前太阳能电池市场的主导者，而且在众多晶体硅电池中，单晶硅电池更是受到业界瞩目。至于二代薄膜电池，不仅包括硅衬底类型，还延伸到了多种化合物类型(如碲化镉、铜铟镓硒、III-IV族化合物、钙钛矿等)以及有机质类型等多个领域，这些都是太阳能电池研发的重要探索方向。然而，对于第三代电池，大多仍处于实验阶段，目前尚未实现大规模生产。钙钛矿电池是一种新型化合物薄膜太阳能电池，利用钙钛矿型材料作为吸收层，属于第三代太阳能电池范畴内，这种电池可细分为纯钙钛矿电池和钙钛矿叠层电池两种类型，而钙钛矿电池又可以分别与晶体硅电池或者薄膜电池相结合，形成多层次结构的叠层电池体系。据现有理论研究，理论上最大的叠层数量可达四层，未来随着技术不断进步，全钙钛矿叠层电池也有可能走向产业化应用，届时我们将能够彻底摆脱对晶硅电池的依赖性。

产业链结构

钙钛矿电池属于第三代新型的太阳能电池，其产品构造与硅基电池有显著区别，因此，生产流程和配套设施也都需要全新的设计和设备配置。在这个过程中，产业链的各个环节也都存在较大分别。

钙钛矿电池产业链的上游承担着TCO玻璃、靶材、POE胶膜、丁基胶等多种辅助原材料的供应任务，同时还要准备好镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备等关键设备。值得注意的是，镀膜设备(如PVD和RPD)、涂布机以及激光设备在整个系统中扮演了极其重要的角色。而产业中的中游阶段就是负责进行钙钛矿电池及其组件的制造工作；至于使此电池发挥最大效用的下游领域，则涉及到BIPV(光伏建筑一体化)、车载光伏、室内光伏等广泛应用场景。

图表：钙钛矿电池行业产业链结构

资料来源：智研瞻产业研究院整理

行业发展历程

自2009年度起，日本的两位杰出科研人员——Kojima与Miyasaka成功地将钙钛矿材料引入染料敏化太阳能电池结构之中，从而首次实现了3.8%的高光电转化效率。随后，具有历史性意义的钙钛矿太阳能电池应运而生。然而，在此后短暂的几年间，由于其稳定性表现不佳，这项太阳能技术面临着诸多挑战。为了应对这一困境，Park课题组在精心研究之后，率先尝试使用固态spiro-OMeTAD来替代之前常用的空穴传输层，最终研制出第一款完整的固态钙钛矿太阳能电池。这项明显的改进让电池的运行时间大大延长，效率也提升至9.7%的水平。

       自那时起，钙钛矿太阳能电池逐渐步入飞速发展的新时期，光电转换效率屡次取得显著突破。归功于两步沉积法、使用氧化铝来置换二氧化钛、以及采用阳离子交换等创新方法的应用，钙钛矿太阳能电池的转换效率得以步步攀升，先后突破了15%、20%及25%的关卡。现如今，单结钙钛矿电池的世界最高转换效率纪录已经被刷新至26.1%，这一成绩是由我国顶尖学府——中国科学技术大学校方在2023年7月份所创下的。

       在叠层电池结构组成领域，2023年11月份的一项重要进展备受瞩目。美国能源部认证实验室（NERL）经过严格测试后确认，我国知名光伏企业——隆基绿能自行开发的晶硅-钙钛矿叠层电池的效率已达到了33.9%，成为了当前全球范围内晶硅-钙钛矿叠层电池效率的最佳践行。这堪称是光伏产业界的又一重大突破。

行业相关政策

钙钛矿太阳能电池作为新兴的第三代太阳能电池技术，其夺目的特性表现为卓越的转换效率、相对较低的生产成本以及广阔的运用领域等优点，能够完美满足光伏产业在降低成本和提高效率这两大关键问题上的具体需求，因此深受业界关注并得到了国家的高度肯定。近些年以来，我国政府已经出台了一系列针对性的政策措施来积极促进钙钛矿电池产业的健康发展。

图表：钙钛矿电池行业相关政策

资料来源：智研瞻产业研究院整理

行业发展现状

1、钙钛矿电池转换效率进步快、理论极限高

相对于传统的晶硅电池研究领域，钙钛矿电池的探索征程稍显迟滞。然而值得肯定的是，钙钛矿电池在提高转换效率方面所展现出来的矢志不渝的决心及其显著的成果令人瞩目。与此形成鲜明对比的是，晶硅电池历经近四十载才取得了转换效率达到26.1%。

钙钛矿电池在转换效率方面的遥遥领先发展得力于其卓越的光电性能表现出色。相比较之下，晶硅材料在光吸收系数方面显得相对较低，这无疑显著优于钙钛矿材料对光子的深度吸收并有助于自由电子和空穴的有效传输，从而能够被阴阳极充分捕获，实现高效率的光电转化。

据调查，各类太阳能电池理论极限转换效率如下：

图表：各类太阳能电池理论极限转换效率

数据来源：智研瞻产业研究院整理

2、钙钛矿电池生产效率高、制程耗时短

相较于传统的硅晶体太阳能电池，钙钛矿型太阳能电池的制造工艺步骤大幅度削减，工厂整体的生产效率得到显著提升。如晶硅型电池的制造过程，由于其中涉及到硅材料的制备、硅片成型、电池组装配以及组件最后的封装等多个环节，因此每一步骤都需要专业的设备和丰富经验的工人操作，且各个环节之间的协作也对效率产生影响，使得整体的制造周期达到了三天以上的时间。而至于人力资源以及运输成本等方面的投入，更是无法避免。相形之下，据协鑫纳米提供的数据显示，钙钛矿型太阳能电池的生产流程相对于前者而言简洁明晰，仅需约45分钟便可在同一家工厂内完成从玻璃、胶膜、靶材及化工原料等原材料的加工至组件的组装整个过程，这不仅大大缩短了工艺步骤，简化了流程，更为其带来了很高的价值密度。

3、钙钛矿电池产业预期

自2022年起，钙钛矿产业化进程全面启动，国内产量已将近达到了35兆瓦（MW）的规模。研究领域普遍认同钙钛矿电池的高效、低耗特点。伴随产业技术及配套设备的日趋成熟与发展，钙钛矿产能量得到迅猛扩展，预计从2024年起将会展现出更为强劲的增长势头。

统计数据显示，2023年中国钙钛矿组件产能1GW。2022-2025年中国钙钛矿组件产能如下：

图表：2022-2025年中国钙钛矿组件产能

数据来源：智研瞻产业研究院整理

企业竞争

随着钙钛矿太阳能电池领域内各家企业在生产流程技术方面所取得的显著进步以及产业资本对相关领域的持续高额投资，该领域内众多公司的生产线建设速度逐渐加快，其中诸如极电光能、协鑫光电等领军企业大部分已经将百兆瓦级别的批量生产试验线投入运营，并且当其产品性能和稳定性得到充分验证之后，这些企业还计划进一步探索建立更高规模的GW级别生产线；另外，各路新兴力量也正积极进取，纷纷投资设立自己的百兆瓦级别的批量生产试验线。

图表：截至2023年中国代表性企业钙钛矿电池产线布局情况

资料来源：智研瞻产业研究院整理

钙铁矿电池主要问题

对于大规模量产而言，目前存在的主要困难集中在设备制作及工艺技术方面，其中设备端的制备难度主要体现在钙钛矿层后的薄膜涂敷均匀性方面，且RPD和蒸镀设备的成熟度也仍需进一步提升；至于工艺端，当前全球范围内钙钛矿电池的生产流程路径并不统一，这使得材料或者设备供应无法实现标准化，从而影响了大规模生产的经济效益。

设备端

在大面积制备过程中，由于钙钛矿电池的面密度很高，厚度达到103至106倍，如此高的厚度导致了薄膜质量如平整度、致密性的控制变得困难，同时钙钛矿电池的电力输出稳定性欠佳。一个原因是随着使用寿命的延长，钙钛矿电池的光电转换率不断降低，虽然传统晶体硅电池能够维持20至25年的高效运行，但是由于其稳定性不佳，钙钛矿电池难以支持长期稳定的电力产出。另一个原因在于，水和氧气能与钙钛矿电池发生化学反应，因此在湿润的环境中容易加速自身分解过程。

工艺端

尽管生产钙钛矿组件所需的设备大约有70%可以在液晶显示屏行业中找到，然而现阶段，全球各地的企业对纯粹用于钙钛矿电池的生产或是将钙钛矿作为叠层电池的生产方式存在着巨大差异。这些差异包括：从使用的材料配比（涉及钙钛矿层、缓冲层材料体系、添加剂以及钝化材料等多个层面），到所选设备类型，再到生产工艺流程的精准把控等等。值得注意的是，这样的现状并未能很快通过供应链整合实现标准化，因此在短时间内无法形成规模效应。一旦确立了工艺路线，那么大规模降本就成为可能。

应用端

以全固态储蓄式电站为核心的BIPV市场虽然潜力巨大，但是相对于大规模电厂，其市场容量却显得较为有限。再者，我们需要看到，采用纯钙钛矿电池设计的BIPV产品在成本上未必具备与晶体硅电池竞争的实力，尤其考量到其产品稳定性尚需进一步验证的话，诸如柔性钙钛矿电池组件虽表明具有广泛适用于BIPV领域的潜在能力，但是考虑到现实情况，我们并不认为BIPV市场在现阶段就能真正推动钙钛矿电池的飞速发展。对于纯钙钛矿电池而言，细化到合适的应用场景同样非常关键。

图表：钙铁矿电池主要问题

资料来源：智研瞻产业研究院整理