一、鈣鈦礦電池高效率低成本，是光伏領(lǐng)域新希望

1.1 鈣鈦礦電池是第三代電池，單結(jié)和疊層技術(shù)并行發(fā)展

光伏電池根據(jù)技術(shù)可以分為三類，其中高效電池技術(shù)路線為：單晶 PERC→TOPcon→ 異質(zhì)結(jié)（HJT）、全背接（IBC）→背接觸異質(zhì)結(jié)（HBC）、TBC、雙面異質(zhì)結(jié)（BifacialHJT） →鈣鈦礦單節(jié)/鈣鈦礦疊層太陽能電池。

第一類：硅基太陽能電池，包含單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太 陽能電池。第一代太陽能電池制備成本較高，光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）一般，電池器件 穩(wěn)定很好，使用壽命一般在 20 年左右，目前已經(jīng)投入市場應(yīng)用。在晶硅技術(shù)路徑 里，經(jīng)歷了 Perc-TOPcon-HJT 的三個階段。

第二類：多元化合物薄膜太陽能電池，包括砷化鎵（GaAs）、碲化鎘（CdTe）、銅銦 鎵硒（CIGS）太陽能電池等，這類薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率（PCE）較高，器件穩(wěn) 定性較好，電池器件制備工藝簡單，但電池使用的部分材料元素嚴(yán)重污染環(huán)境并且 地球儲備量很少，阻礙了這代太陽能電池商業(yè)化和工業(yè)量產(chǎn)。

第三類：新型太陽能電池，包括鈣鈦礦太陽能電池、染料敏化太陽能電池、有機(jī)太 陽能電池、量子點(diǎn)太陽能電池等。這類太陽能電池制備工藝簡單、原材料地球儲備 量大、光電轉(zhuǎn)化效率較高。

鈣鈦礦泛指化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為 ABX3 的化合物，合成簡單；鈣鈦礦電池是利用鈣鈦礦型的 有機(jī)-無機(jī)雜化金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽能電池。鈣鈦礦是一個大的原子 或分子陽離子 A（+1 價）在一個立方體的中心。一般為甲胺 CH3NH3 +、甲脒 NH2CH=NH2 +。 立方體的角落被原子 B（+2 價）占據(jù)，通常為正二價錫離子 Sn2 +、鉛離子 Pb2 +，立方 體的表面被一個更小的帶負(fù)電荷的原子 X（-1 價）占據(jù)，通常為 I -、Br-、Cl-等。鈣鈦礦 材料屬于人工設(shè)計的晶體材料，合成工藝簡單，材料配方選擇較靈活，可設(shè)計性強(qiáng)，具 有高光電轉(zhuǎn)換效率、價格低廉、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。

鈣鈦礦電池根據(jù)電荷傳輸方向不同，可分為 n-i-p 型和 p-i-n 型。二者區(qū)別在于兩種結(jié) 構(gòu)傳輸層順序相反。n 代表電子傳輸層（ETL），i 代表鈣鈦礦活性層，p 代表空穴傳輸層 （HTL）。

正置結(jié)構(gòu) n-i-p 型：太陽能電池根據(jù)電子傳輸層結(jié)構(gòu)不同又可分為介孔結(jié)構(gòu)和平面 結(jié)構(gòu)。介孔結(jié)構(gòu)即在透明導(dǎo)電基底上依次沉積致密的 TiO2 電子傳輸層和 TiO2 介孔 層，介孔層可為鈣鈦礦的生長提供多孔基底、有效改善薄膜的均勻性、減少缺陷， 同時也是支撐鈣鈦礦的支架。由于薄膜沉積技術(shù)提高了鈣鈦礦薄膜質(zhì)量，而介孔型 鈣鈦礦制備相對復(fù)雜，因此現(xiàn)在普遍使用平面型鈣鈦礦。平面結(jié)構(gòu)不使用介孔支架， 直接制備鈣鈦礦層，工藝簡單，光電轉(zhuǎn)換效率更高。

倒置結(jié)構(gòu) p-i-n 型：鈣鈦礦作為本征半導(dǎo)體夾在兩個電荷選擇層之間，其制備工藝 簡單、成本低，可用于鈣鈦礦疊層器件的制備，且遲滯現(xiàn)象幾乎可以忽略。相對 ni-p 結(jié)構(gòu)而言，p-i-n 結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池最大的問題是效率不高，提高其效率是 目前的研究熱點(diǎn)，更適用于柔性電池器件的制備。

鈣鈦礦太陽能電池工作原理與晶硅電池類似，工作原理均為光生伏特效應(yīng)。鈣鈦礦材料 介電常數(shù)大、激發(fā)能低，因此在吸收光子后可以產(chǎn)生空穴-電子對，并在室溫下解離。解 離的電子遷移至電子傳輸層（ETL），空穴遷移至空穴傳輸層（HTM）。電子和空穴分別經(jīng) 電池兩側(cè)的透明導(dǎo)電電極（FTO）和金屬電極收集，并產(chǎn)生電流。

鈣鈦礦太陽能電池按技術(shù)路徑分為疊層和單結(jié)。單結(jié)鈣鈦礦電池即只有一個 PIN 結(jié)。疊 層鈣鈦礦電池主要系鈣鈦礦分別與鈣鈦礦、晶硅或薄膜電池進(jìn)行疊層，擁有多層吸光層。 鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)：由導(dǎo)電玻璃、電子傳輸層（ETL）、鈣鈦礦活性層、空穴傳輸層（HTL） 和金屬電極組成。各層材料可選擇較多。

TCO 導(dǎo)電玻璃：位于器件最底端，是太陽光和載流子傳輸?shù)闹匾考?，其透光率?表面粗糙度、表面方阻等會直接影響器件性能，常用的剛性基底為透明導(dǎo)電玻璃摻 氟氧化錫（FTO）、氧化銦錫（ITO），柔性基底通常為 ITO/PEN。

電子傳輸層（ETL）：一般由 N 型半導(dǎo)體組成，電子傳輸層在鈣鈦礦太陽能電池中起 著至關(guān)重要的作用：①影響鈣鈦礦材料的晶體結(jié)構(gòu)；②有效提取和輸運(yùn)光生電子； ③與光吸收層、電極之間的界面影響載流子輸運(yùn)。電子傳輸層應(yīng)與鈣鈦礦吸光層能 級匹配，且具有電子遷移率大、透光率高等特點(diǎn)。目前電子傳輸材料主要分為兩大 類:金屬氧化物、有機(jī)化合物，常見金屬氧化物電子傳輸材料主要有 TiO2、ZnO、SnO2 等；有機(jī)化合物一般為富勒烯衍生物（PCBM）、C60，C60 更能有效地傳輸電子和鈍 化缺陷，從而減少載流子復(fù)合，因此 C60 性能優(yōu)于 PCBM。

鈣鈦礦活性層：為鈣鈦礦太陽能電池的核心層，可吸收一定波長范圍內(nèi)的太陽光， 促進(jìn)光生載流子的解離與輸運(yùn)。一般為有機(jī)金屬鹵化物。

空穴傳輸層（HTL）：一般由 P 型半導(dǎo)體組成，空穴傳輸材料要與鈣鈦礦層和對電極 有著合適的能級匹配，既可以高效地進(jìn)行空穴的提取和傳輸，又能有效地阻擋電子 的遷移和載流子復(fù)合。根據(jù)材料組分的不同，空穴傳輸材料可以分為有機(jī)材料和無 機(jī)材料（NiO、CuOx、CuI 和 CuSCN）。spiro-OMeTAD 是 PSCs 中使用最早、應(yīng)用最 廣泛的 P 型小分子空穴傳輸材料。

頂電極：可以是碳電極，或為 Au 或 Ag 等貴金屬制備的背電極。

鈣鈦礦能調(diào)整帶隙寬度，疊層技術(shù)可以提高光電轉(zhuǎn)換效率。據(jù)索比光伏網(wǎng)數(shù)據(jù)，鈣鈦礦 材料帶隙寬度約為 1.2-2.5eV，由于鈣鈦礦可人工合成，所以鈣鈦礦能調(diào)整帶隙寬度，可 將兩個具有不同帶隙的鈣鈦礦電池疊層以提高光電轉(zhuǎn)換效率。由于各類材料具備不同帶 隙，不同材料疊層可分別吸收不同光譜的光，可疊層以提高光電轉(zhuǎn)換效率。

不同材料疊層互補(bǔ)，以鈣鈦礦/晶硅疊層為主，鈣鈦礦/晶硅兩端疊層電池穩(wěn)態(tài)輸出 效率已經(jīng)達(dá)到 32.44%：鈣鈦礦電池比晶硅電池能更有效地利用高能量的紫外和藍(lán) 綠可見光，而晶硅電池可有效地利用鈣鈦礦材料無法吸收的紅外光。

鈣鈦礦能調(diào)整帶隙寬度，提高光譜吸收效果，全鈣鈦礦疊層電池穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率 達(dá)到 29%：全鈣鈦礦兩端疊層電池包括兩個子電池：寬帶隙頂電池和窄帶隙底電 池，子電池間通過隧穿復(fù)合結(jié)以串聯(lián)的方式連接。疊層器件通過對不同波段的陽光 進(jìn)行分別吸收，從而可以減少由于電子熱弛豫所造成的能量損失，從而提升電池的 光電轉(zhuǎn)換效率。

鈣鈦礦和晶硅疊層實現(xiàn) 1+1＞2 效果，轉(zhuǎn)換效率更高、發(fā)展速度最快。鈣鈦礦太陽能電 池可作為頂電池與硅電池形成疊層太陽能電池，即鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池。鈣鈦礦 -硅疊層電池可分為兩端疊、三端疊和四端疊。目前單結(jié)電池實驗室效率記錄已達(dá)到了 25.7%，兩端疊電池實驗室效率超過 31%；而兩端疊電池的理論效率可達(dá) 45%，遠(yuǎn)高于 單結(jié)電池的 S-Q 極限效率 33%。

兩端疊層電池：兩端疊層電池是將鈣鈦礦電池直接旋涂在硅底電池上，通過中間的 透明導(dǎo)電層連接在一起，形成串聯(lián)電池，兩端疊層電池只有頂部和底部兩個電極。2015 年由 MIT 大學(xué) Mailoa 課題組首次成功制備，實現(xiàn) 13.7%轉(zhuǎn)換效率（PCE）。目 前兩端疊層電池實驗室效率超過 31%。

三端疊層電池：受限于低帶隙電池過小的 VOC，難以實現(xiàn)較高的性能，因此發(fā)展較 為緩慢。

四端疊層電池：可以分立的設(shè)計上下兩個組件，然后通過機(jī)械疊層組合在一起，工 藝更加簡單，可避免電流匹配對性能限制，因此更有可能實現(xiàn)高 PCE、低成本的疊 層電池。

根據(jù)晶硅電池類型，疊層電池可包括鈣鈦礦-PERC、鈣鈦礦-TOPerc、鈣鈦礦-TOPCon 以及鈣鈦礦-異質(zhì)結(jié)四種。根據(jù) 2020 年 EUPVSEC 發(fā)布了德國弗勞恩霍夫太陽能研究所 的研究報告，據(jù)黑晶光電披露：

鈣鈦礦-PERC 電池：主要受限于正表面未鈍化的摻磷發(fā)射極，這將導(dǎo)致電池 Jsc 與 Voc 的降低，預(yù)估效率為 29.0%，其底電池成本約為 0.48 歐元/片，相對較低。

鈣鈦礦-TOPerc 電池（PERC 增加類似 TOPCon 的鈍化層）：得益于前表面的全局 鈍化及出色光學(xué)電學(xué)性能，可得到 30.0%光電轉(zhuǎn)換效率。N-TOPCon 層（鈍化層） 中的 FCA 部分補(bǔ)償光學(xué)增益，并進(jìn)一步降低多晶硅厚度。替換摻磷發(fā)射極與相應(yīng)工 藝的改變降低了此疊層概念成本，底電池 0.47 歐元/片。

鈣鈦礦-TOPCon 電池：Pero-TOPCon 通過全面積鈍化接觸代替局部 Al-BSF 適當(dāng)提 高了電池效率，約為 30.1%。但是由于背部的銀色柵線，底電池成本較高約為 0.54 歐元/每片。

鈣鈦礦-異質(zhì)結(jié)電池：轉(zhuǎn)換效率最高為 30.7％，但是由于設(shè)備和工藝耗材成本增加， 底電池成本進(jìn)一步提高至 0.61 歐元/片。

1.2 與晶硅比，單結(jié)/疊層鈣鈦礦組件理論轉(zhuǎn)換效率更高、生產(chǎn)效率更高

1.2.1 追求高轉(zhuǎn)換效率是光伏電池發(fā)展核心動力所在，鈣鈦礦理論轉(zhuǎn)換效率較晶硅更高

追求高轉(zhuǎn)換效率是光伏電池發(fā)展的動力所在。在功率大型化發(fā)展趨勢以及硅料限制下， 光伏電池發(fā)展只有提高轉(zhuǎn)換效率這條路徑，而晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率逼近材料理論極限效 率，從而發(fā)展出了鈣鈦礦太陽能電池。鈣鈦礦電池能夠?qū)崿F(xiàn)更高的轉(zhuǎn)換效率，發(fā)展空間 大于晶硅電池，以及對降本的追求，量產(chǎn)后的鈣鈦礦電池成本相較于晶硅電池更低，降 本增效效果更加顯著。 鈣鈦礦弱光性能優(yōu)異，具備高轉(zhuǎn)換效率。弱光性能與材料帶隙數(shù)值有關(guān)，半導(dǎo)體材料以 1.4eV 為最優(yōu)帶隙，材料帶隙越接近 1.4eV 則效率越高。由于鈣鈦礦可人工設(shè)計，因此 鈣鈦礦材料存在帶隙寬度，據(jù)中科院物理研究所數(shù)據(jù)，鈣鈦礦材料帶隙寬度約為 1.2- 2.5eV，所以鈣鈦礦弱光性能優(yōu)勢優(yōu)異。對比晶硅材料，晶硅帶隙約 1.1eV，遠(yuǎn)低于鈣鈦 礦材料帶隙最低值。

晶硅電池轉(zhuǎn)換效率已逼近極限 29.4%，鈣鈦礦理論效率高于晶硅電池，發(fā)展空間更大。 在理論極限下，晶硅太陽能電池、PERC 單晶硅電池、HJT 電池、TOPcon 電池的極限轉(zhuǎn) 換效率分別為 29.40%、24.50%、27.50%、28.70%。而單結(jié)鈣鈦礦電池理論最高轉(zhuǎn)換 效率達(dá) 31%，多結(jié)鈣鈦礦電池理論最高轉(zhuǎn)換效率達(dá) 45%，遠(yuǎn)高于晶硅電池的 29.4%。 現(xiàn)實條件下，晶硅電池可實現(xiàn)的工程極限效率是 27.1%；量產(chǎn)電池方面，根據(jù)中國光伏 行業(yè)協(xié)會（CPIA）預(yù)測，到 2030 年，常規(guī) PERC 晶硅電池效率 24.1%，HJT 電池效率 26%，TOPcon 電池效率 25.6%，IBC 電池效率 26.2%，均逐步逼近材料理論極限。

鈣鈦礦電池逐步突破轉(zhuǎn)換效率，效率提升速度明顯快于晶硅電池。根據(jù)最新的 NREL 最 佳實驗室電池轉(zhuǎn)換效率圖，單結(jié)鈣鈦礦電池的實驗室最高效率為 25.7%，鈣鈦礦-硅串聯(lián) 電池的實驗室最佳轉(zhuǎn)換效率為 32.5%，遠(yuǎn)高于晶硅電池的實驗室最高效率 27.6%。2009 年第一個鈣鈦礦電池被生產(chǎn)出來時，其轉(zhuǎn)換效率僅有 3.8%，短短 13 年左右時間，單結(jié) 鈣鈦礦電池實驗室轉(zhuǎn)換效率由 3.8%提升至 25.7%，而晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率提升花 費(fèi)約 40-50 年，鈣鈦礦電池發(fā)展迅速。

1.2.2 鈣鈦礦電池投資成本低、產(chǎn)能成本低、降本空間大、生產(chǎn)效率高，競爭優(yōu)勢足

單結(jié)鈣鈦礦電池投資成本優(yōu)勢明顯，單 GW 投資成本僅為晶硅電池的一半。據(jù)協(xié)鑫光電 披露，以 1GW 產(chǎn)能需要的投資金額來對比，晶硅的硅料、硅片、電池、組件全部加起來， 需要大約 9.6 億元的投資規(guī)模，其中晶硅電池生產(chǎn)中硅料廠的投資成本約 3.45 億元，硅 片廠的投資成本為 4 億元，電池片廠和組件廠的投資成本分別為 1.5 億元和 0.65 億元； 而鈣鈦礦實現(xiàn) 1GW 產(chǎn)能需要的投資金額僅約為 5 億元左右，是同級別晶硅電池生產(chǎn)成本的 1/2 左右，對比第二代 GaAs 薄膜太陽能電池，成本約為其 1/10。

單結(jié)鈣鈦礦電池 5-10GW 級別量產(chǎn)后產(chǎn)能成本僅為晶硅電池 1/2。

鈣鈦礦電池材料成本低拉低綜合成本水平。據(jù)協(xié)鑫光電數(shù)據(jù)，單片組件成本結(jié)構(gòu)中， 鈣鈦礦占比約為 5%，玻璃、靶材等占到另外的 2/3，鈣鈦礦 5-10GW 級別量產(chǎn)總成 本約為 5 毛-6 毛錢，是晶硅極限成本的 50%。

鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈垂直一體，涉及生產(chǎn)設(shè)備少，生產(chǎn)效率更高。鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈 明顯短于晶硅電池產(chǎn)業(yè)鏈，鈣鈦礦廠輸入化工原料、玻璃、靶材、封裝膠膜、接線 盒，輸出直接為組件。根據(jù)協(xié)鑫光電透露，100MW 單一鈣鈦礦電池工廠，從玻璃、 膠膜、靶材、化工原料進(jìn)入，到組件成型，總共只需 45 分鐘。而對于晶硅來說，硅 料、硅片、電池、組件需要四個以上不同工廠生產(chǎn)加工，倘若所有環(huán)節(jié)無縫對接， 一片組件完工需要三天左右的時間，用時差異很大。

鈣鈦礦電池設(shè)備攤銷費(fèi)用低，生產(chǎn)過程簡單，后續(xù)降本空間大。鈣鈦礦涉及生產(chǎn)環(huán) 節(jié)少，生產(chǎn)設(shè)備少，設(shè)備攤銷費(fèi)用低，且產(chǎn)業(yè)鏈短更易維護(hù)，后續(xù)有望通過規(guī)模量 產(chǎn)降本。

鈣鈦礦電池能耗成本低。從能耗看，每 1W 單晶組件制造的能耗，約為 1.52kWh， 而鈣鈦礦組件能耗為 0.12kWh，單瓦能耗只有晶硅的 1/10。

理論測算中，鈣鈦礦/晶硅疊層組件生產(chǎn)成本低于 PERC 電池片。2020 年德國弗勞恩霍 夫太陽能研究所的研究報告基于 PERC、TOPerc、TOPCon 和異質(zhì)結(jié)四個硅底部電池，結(jié) 合透明導(dǎo)電復(fù)合層（ReCo）及隧穿層（SIT）概念，對所有與鈣鈦礦串聯(lián)的疊層電池概念進(jìn)行成本測算，由于減少步驟，PERC、TOPerc、TOPCon 底電池制造成本均低于目前主 流的 PERC 電池片。

鈣鈦礦原材料用量少，占比僅 3%，不存在原材料卡脖子問題，并避免材料稀缺性漲價。 鈣鈦礦制作過程無需硅料，制作金屬鹵化物鈣鈦礦所需原材料儲量豐富，價格低廉。硅 片厚度通常為 180 微米，而鈣鈦礦組件中，鈣鈦礦層厚度大概是 0.3 微米，相差三個數(shù) 量級。從鈣鈦礦組件成本結(jié)構(gòu)占比來看，成本構(gòu)成最多的是玻璃及其他封裝材料，達(dá) 34%， 而鈣鈦礦自身的材料成本占比僅為 3.1%。而且鈣鈦礦生產(chǎn)過程中的能耗比較低，多數(shù)環(huán) 節(jié)也無需真空環(huán)境，未來仍有較大的降本空間。

從 LCOE 角度，單結(jié)和多結(jié)鈣鈦礦電池整體度電成本較低。從 2018 年陳棋發(fā)布《鈣鈦 礦疊層光伏技術(shù)成本分析》看，在四種太陽能電池（PERC 多晶硅電池、單結(jié)鈣鈦礦電池、 鈣鈦礦/晶硅疊層電池、鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層電池）的轉(zhuǎn)換效率分別設(shè)定為 21%、19%、 25%和 23%，系統(tǒng)壽命統(tǒng)一假設(shè)為 20 年下，實驗室內(nèi)四個太陽能電池 LCOE 分別為： 5.50$/KWh、4.34$/KWh、5.22$/KWh、4.22$/KWh。鈣鈦礦電池的材料成本要低于多晶 硅電池，使得單結(jié)和多結(jié)鈣鈦礦電池的整體度電成本得以降低。

疊層技術(shù)可助力降低LCOE。2020年德國弗勞恩霍夫太陽能研究所的研究報告基于PERC， TOPCon 和異質(zhì)結(jié)四個硅底部電池，分析不同疊層電池在地面電站與分布式電站應(yīng)用上 的 LCOE，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng) PERC 電池相比，所有疊層概念都會產(chǎn)生明顯更低 LCOE，有望將 LCOE 降低約 11％。即通過鈣鈦礦疊層技術(shù)，太陽能電池的度電成本還將有所下降。

未來發(fā)展中，鈣鈦礦電池降本空間大。

單結(jié)鈣鈦礦轉(zhuǎn)換效率已達(dá) 25.7%，轉(zhuǎn)換效率提高，LOCE 可做到更低。鈣鈦礦是直 接帶隙材料，吸光能力遠(yuǎn)高于晶硅，目前實驗室單結(jié)鈣鈦礦轉(zhuǎn)換效率已達(dá) 25.7%， 全鈣鈦礦疊層電池轉(zhuǎn)換效率已達(dá) 28.0%，鈣鈦礦-硅串聯(lián)電池的實驗室最佳轉(zhuǎn)換效 率為 32.5%，轉(zhuǎn)換效率已提高，LOCE 可做到更低。

鈣鈦礦電池壽命可達(dá) 30 年。2021 年 2 月纖納光電科技宣布，其自主研發(fā)的鈣鈦礦 量產(chǎn)組件順利通過了基于 IEC61215 標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性加嚴(yán)測試，可保持 30 年穩(wěn)定性， 即使轉(zhuǎn)換效率和 PERC 組件相當(dāng)，也能降低太陽能度電成本（LCOE）至 0.2 元。

鈣鈦礦溫度系數(shù)絕對值低于晶硅兩個量級，受溫度影響低，實際發(fā)電效率高于晶硅。 晶硅組件的溫度系數(shù)是-0.3 左右，這意味著，溫度每上升 1 度，功率會下降 0.3%。 也就是說，如果出廠標(biāo)定是 20%的效率，在實際應(yīng)用場合，當(dāng)溫度升到 75 度，效 率大約就只剩 16%、17%。鈣鈦礦的溫度系數(shù)為-0.001，非常接近于 0，因此它的 實際發(fā)電效率就會顯著高于晶硅。

鈣鈦礦為人工合成，可選原材料范圍廣，材料降本可能性大。2018 年陳棋發(fā)布《鈣 鈦礦疊層光伏技術(shù)成本分析》，表示材料成本對于平準(zhǔn)化度電成本的影響較大，而設(shè) 備成本的變化幾乎不影響系統(tǒng)的平準(zhǔn)化度電成本?？紤]到鈣鈦礦可人工合成，可選 原材料范圍廣，所以材料降本可能性大。

1.3 下游應(yīng)用場景豐富，關(guān)注 BIPV、分布式電站和地面電站三方向

鈣鈦礦太陽能電池下游應(yīng)用場景豐富，包括 BIPV、分布式電站和地面電站。鈣鈦礦電 池既可以做成柔性電池組件，又可以做成剛性電池組件。

柔性電池組件：基于鈣鈦礦電池的質(zhì)量輕、厚度小、柔性大、半透明等優(yōu)良特性， 鈣鈦礦組件在光伏建筑集成（BIPV）的應(yīng)用中優(yōu)勢會得到放大，也是鈣鈦礦商業(yè)化 早起的重要切入點(diǎn)之一，柔性鈣鈦礦電池未來有望成為 BIPV 等應(yīng)用場景的主流產(chǎn) 品。

剛性電池組件：鈣鈦礦疊加晶硅的剛性組件可以應(yīng)用于地面光伏電站。目前，鈣鈦 礦太陽能電池在消費(fèi)電子和移動電源方面對比其他光伏技術(shù)優(yōu)勢十分明顯，已完全 具備大量應(yīng)用可行性。對于分布式和地面電站應(yīng)用，隨著穩(wěn)定性的逐步提高和量產(chǎn) 后成本的大幅度下降，有望在 5 年左右形成成熟的產(chǎn)品，從而與主流的晶硅電池形 成有效競爭。

協(xié)鑫光電完成鈣鈦礦組件 BIPV 光伏玻璃 3C 認(rèn)證，邁出建筑光伏市場第一步。光伏屋頂和光伏幕墻是 BIPV 的兩大細(xì)分方向，光伏屋頂是具有承重隔熱防水功能、并疊加電池 板形成的屋頂，并能有效提供工業(yè)廠房的用電需求；光伏幕墻則是將幕墻（如石材幕墻、 玻璃幕墻）和光伏發(fā)電功能相結(jié)合的幕墻，相較于屋頂，幕墻表面積更大，能有效提高 發(fā)電量，更適用于高樓大廈安裝光伏發(fā)電的需求。1 月 18 日，協(xié)鑫光電獲得由中國質(zhì)量 認(rèn)證中心（CQC）頒發(fā)的鈣鈦礦組件 BIPV 光伏玻璃 3C 認(rèn)證證書，邁出開拓國內(nèi)建筑光 伏市場重要一步。 纖納光電全球首款鈣鈦礦商用組件α已實現(xiàn)成功交付，開啟工商業(yè)分布式電站應(yīng)用。 2022 年 7 月，纖納光電在浙江衢州舉行首批α組件發(fā)貨儀式，此次發(fā)貨數(shù)量為 5000 片， 用于省內(nèi)工商業(yè)分布式鈣鈦礦電站，標(biāo)志著纖納自主研發(fā)的鈣鈦礦產(chǎn)品進(jìn)入實質(zhì)性商業(yè) 化階段，正式敲開了鈣鈦礦光伏的應(yīng)用大門。

二、9 步完成組件制備，量產(chǎn)關(guān)鍵看大面積制膜及穩(wěn)定性提高

2.1 鈣鈦礦技術(shù)工藝流程簡單，9 步完成組件制備

鈣鈦礦太陽能電池的生產(chǎn)流程較短，9 步就可完成一個完整的鈣鈦礦組件。根據(jù)協(xié)鑫光 電透露，100MW 的鈣鈦礦組件由 4 類設(shè)備構(gòu)成：PVD 設(shè)備、涂布設(shè)備、激光設(shè)備、封裝 設(shè)備。前三個比較重要，封裝設(shè)備和晶硅的封裝設(shè)備差別較小，可以通用；PVD 設(shè)備和 涂布設(shè)備更多參照面板行業(yè)的 TFT 制程，即在三個主要設(shè)備中有 2 個來自面板行業(yè)，因 為鈣鈦礦的制造生產(chǎn)方式和面板有很多相似之處，晶硅基本上沒有重疊地方。PVD 設(shè)備 一共有 3 道，即陽極緩沖層、陰極緩沖層、背電極；涂布設(shè)備有 1 道，即涂布鈣鈦礦； 激光設(shè)備共有 4 道，即激光 P1、P2、P3、P4。

生產(chǎn)鈣鈦礦的具體流程為：首先輸入 FTO 玻璃，用 PVD 設(shè)備鍍陽極緩沖層，然后由激 光 P1 進(jìn)行劃線，隨后是鈣鈦礦涂布結(jié)晶。接著是 PVD 的第二道設(shè)備鍍陰極緩沖層，再 進(jìn)行激光 P2 劃線，并輸入背電極靶材，完成后再鍍背電極進(jìn)行激光 P3 劃線，隨后進(jìn)行 激光 P4，最終是封裝。

溶液涂布法典型的特征是由涂布裝置帶動鈣鈦礦前驅(qū)體溶液在基底上相對運(yùn)動，由液體 的表面張力和基底接觸形成一層均勻的薄膜。由涂布裝置的不同，可分為刮刀涂布、狹 縫涂布和絲網(wǎng)印刷。 刮刀涂布法：利用刮刀將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液分散到基底上，所制備鈣鈦礦薄膜的厚 度由前驅(qū)體溶液濃度、刮板與基底縫隙寬度和刮涂的速度決定。 狹縫涂布法：可以通過控制系統(tǒng)進(jìn)行狹縫寬度、移動速度和輸液速度的調(diào)整，對薄 膜質(zhì)量進(jìn)行更精細(xì)化調(diào)控。狹縫涂布的方法可以將溶液密封在儲液罐中，既能夠提 高溶液利用率，又能保證溶液濃度的統(tǒng)一和減少對操作人員的影響。 絲網(wǎng)印刷法：通過絲網(wǎng)的數(shù)目和厚度調(diào)整制備薄膜的厚度，對絲網(wǎng)制備要求較高。

噴涂法和噴墨打印法是通過在噴頭內(nèi)部施加壓力的方法將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液從噴頭內(nèi) 擠出并在基底上成膜的技術(shù)。噴涂法中常用的噴頭有高壓氣噴頭和超聲噴頭等。與噴涂 法不同，噴墨打印法利用噴頭內(nèi)部壓電材料形變將溶液擠出，按照預(yù)設(shè)程序進(jìn)行相對運(yùn) 動，可以按要求制備不同圖案，避免了制版的過程，提高了鈣鈦礦原料的利用率。兩種 噴涂方法都可以通過調(diào)整鈣鈦礦溶液的濃度，噴頭與基底之間的距離和噴涂的速度等調(diào) 節(jié)鈣鈦礦成膜形態(tài)。

軟膜覆蓋法不依賴于常見的溶劑，也不需要真空環(huán)境，而是在壓力下用聚酰亞胺膜（PI） 覆蓋的方式將胺絡(luò)合物前驅(qū)體快速轉(zhuǎn)化為鈣鈦礦薄膜。該方法沉積的鈣鈦礦薄膜無針孔 且高度均勻，器件遲滯較小，重要的是，這種新的沉積方法可以在低溫空氣中進(jìn)行，便 于大面積鈣鈦礦器件的制備。

氣相沉積法是在真空環(huán)境下，通過蒸鍍的方法制備鈣鈦礦薄膜。此方法涉及關(guān)鍵設(shè)備— —蒸鍍設(shè)備。相對于溶液法制備，氣象沉積的方法可以通過控制蒸發(fā)源的辦法精確調(diào)控 鈣鈦礦中各組分化學(xué)計量比，并且可以保證薄膜的均一性。但是真空氣相沉積需要使用 價格高昂的真空設(shè)備，而且需要較久的抽真空時間，這使得薄膜的制備時間變長和成本 升高。

2.2 從技術(shù)看量產(chǎn)關(guān)鍵有二，實現(xiàn)大面積高質(zhì)量薄膜制備及攻克穩(wěn)定性痛點(diǎn)

目前制約鈣鈦礦電池商業(yè)化發(fā)展原因有二，大面積制備技術(shù)不夠成熟及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。

大面積制備技術(shù)不夠成熟：目前大面積制備高效鈣鈦礦電池較困難，即制備效率超 過 20%以上、面積超過 1m2的單結(jié)電池難度較大。主要原因在：①制作出尺寸較大、 連續(xù)、均勻的鈣鈦礦涂層較困難；②TCO 薄膜具有微小電阻，因此面積增大時其電 阻率增大。目前，全球最大的單結(jié)鈣鈦礦組件為協(xié)鑫光電生產(chǎn) 1241.16cm2組件，效 率僅為 15.31%。

鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差：主要原因在鈣鈦礦組件的實際應(yīng)用受制于鈣鈦礦活性層 以及載流子傳輸層的弱穩(wěn)定性，鈣鈦礦材料在光照、加熱以及濕度下易分解，器件 中常用的金屬氧化物電子傳輸層（SnO2、TiO2 等）在紫外光下產(chǎn)生電子空穴復(fù)合， 兩者共同作用嚴(yán)重限制了鈣鈦礦光伏器件工作穩(wěn)定性。解決方案主要有：①采用復(fù) 合型鈣鈦礦材料，提高材料穩(wěn)定性；②采用疊層技術(shù)，如制備鈣鈦礦-晶硅疊層電池。

纖納光電的組件穩(wěn)定性痛點(diǎn)被攻克，引領(lǐng)鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。經(jīng)德國電氣工程師協(xié)會 （VDE）權(quán)威認(rèn)證，纖納光電α組件已順利通過 IEC61215、IEC61730 穩(wěn)定性全體系認(rèn) 證，纖納光電成為全球首個、且目前唯一完整通過這兩項穩(wěn)定性全體系測試的鈣鈦礦機(jī) 構(gòu)。IEC61215 和 IEC61730 標(biāo)準(zhǔn)是光伏行業(yè)最重要的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)所頒發(fā)的認(rèn) 證是光伏組件進(jìn)入國內(nèi)外市場的必備通行證之一。

三、組件+設(shè)備+材料三端齊發(fā)力，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化速度加快

3.1 國家政策加持，促進(jìn)鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展

國家政策加持，促進(jìn)鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展。由于鈣鈦礦太陽能電池具有高轉(zhuǎn)換效率、 低成本的突出優(yōu)勢，而且能夠助力我國實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)，目前中國政府已出 臺多項鈣鈦礦相關(guān)政策、措施，如《關(guān)于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的知道意見》、《加快電 力裝備綠色遞延創(chuàng)新發(fā)展行動計劃》《、科技支撐碳達(dá)峰碳中和實施方案（2022—2030 年）》 等，持續(xù)推進(jìn)鈣鈦礦技術(shù)進(jìn)步，提升其規(guī)?；慨a(chǎn)能力。

3.2 產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速，組件、設(shè)備、材料三端齊發(fā)力

全球鈣缽礦電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度分為三階段。目前鈣缽礦產(chǎn)業(yè)化發(fā)展主要在中國（處于小批 量產(chǎn)品試制，還未完成中試線跑通），英國、日本、韓國、荷蘭也在跟進(jìn)。

研發(fā)階段（2009-2021 年）：新型有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦電池研發(fā)、實驗室最高效率 與晶硅電池相當(dāng)、穩(wěn)定性不斷提高、材料定型。

成果轉(zhuǎn)化中試階段（2018-2025 年）：鈣礦電池放大技術(shù)與組件連接技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化 裝備設(shè)計開發(fā)、組件壽命提升、小批量產(chǎn)品線的試制。

產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段（2025 年以后）：大組件批量生產(chǎn)流程的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、量產(chǎn)線產(chǎn)品 產(chǎn)能及良品率爬坡、原材料及設(shè)備國產(chǎn)化、降本增效搶占市場份動。

3.2.1 組件端：中試線逐步建設(shè)，組件實現(xiàn)出貨

鈣鈦礦企業(yè)加速布局，逐漸走向商業(yè)化。2021 年以來，可以明顯看到以纖納光電、協(xié)鑫 光電、極電光能、萬度光能為首的多家鈣鈦礦電池企業(yè)開始逐步走向商業(yè)化嘗試。

纖納光電：2022 年初，全球首條 100MW 鈣鈦礦規(guī)?；a(chǎn)線建成投產(chǎn)；2022 年 5 月 20 日，全球首款鈣鈦礦量產(chǎn)商用組件α的產(chǎn)品首發(fā)，該組件具有功率高、穩(wěn)定性好、 溫度系數(shù)低、熱斑效應(yīng)小等系列特性，而且產(chǎn)品具有 25 年產(chǎn)品材料與工藝質(zhì)保，12 年線性功率輸出質(zhì)保；2022 年 7 月 28 日，首批α組件正式出貨，此次發(fā)貨數(shù)量為5000 片，用于省內(nèi)工商業(yè)分布式鈣鈦礦電站。

協(xié)鑫光電：2021 年 9 月，建成了全球首條 100MW 鈣鈦礦量產(chǎn)線，組件尺寸 1m× 2m，系統(tǒng)造價低于 3.0 元/W，合成溫度低于 100℃，能耗低；目前協(xié)鑫光電的 100MW 產(chǎn)線處于工藝開發(fā)和設(shè)備改造階段，下線組件效率已實現(xiàn)穩(wěn)步提升，預(yù)計 2023 年 底實現(xiàn) 18%以上的轉(zhuǎn)換效率，及 GW 級別產(chǎn)線建設(shè)。

極電光能：2022 年 12 月 8 日，極電光能 150MW 鈣鈦礦光伏生產(chǎn)線正式投產(chǎn)運(yùn)行， 該產(chǎn)線是全球目前已投產(chǎn)且產(chǎn)能最大的鈣鈦礦光伏生產(chǎn)線，同時具備 BIPV 產(chǎn)品和 標(biāo)準(zhǔn)組件的生產(chǎn)能力，達(dá)產(chǎn)后年產(chǎn)值可達(dá) 3 億元。

萬度光能：21年6月投資60億元建設(shè)可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池生產(chǎn)基地項目， 項目一期建設(shè)一條 200MW 級可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池大試線，成功后擴(kuò)充至 10GW 產(chǎn)能。

鈣鈦礦/晶硅疊層技術(shù)也正在進(jìn)行，晶硅底電池以異質(zhì)結(jié)和 TOPcon 電池為主。

寶馨科技：公司已與張春福、朱衛(wèi)東教授團(tuán)隊以及安徽大禹實業(yè)合資成立寶馨光能， 用以開展在鈣鈦礦-異質(zhì)結(jié)疊層方面的研究。前期，教授團(tuán)隊在鈣鈦礦/晶硅疊層電 池自測效率已大于 29%。未來，公司計劃 2023 年年底前將完成鈣鈦礦/異質(zhì)結(jié)疊層 電池突破30%任務(wù)；2024年年底開始建設(shè)100MW級鈣鈦礦/異質(zhì)結(jié)疊層電池產(chǎn)線， 效率突破 32%，加速老化等效外推壽命達(dá)到 25 年；力爭 4 年內(nèi)實現(xiàn) GW 級量產(chǎn)線 建設(shè)，效率提升率大于 15%。

杭蕭鋼構(gòu)：子公司合特光電電池技術(shù)選擇高效異質(zhì)結(jié)+鈣鈦礦疊層電池”，將在不晚 于 2023 年 5 月 10 日，實現(xiàn)高轉(zhuǎn)化效率鈣鈦礦/晶硅薄膜疊層電池 100 兆瓦中試線 投產(chǎn)，且電池轉(zhuǎn)化效率達(dá)到 28%以上。

黑晶光電：公司是國內(nèi)首家專注于高效疊層太陽能電池研發(fā)的企業(yè)，2023 年 2 月與 皇氏集團(tuán)控股子公司皇氏農(nóng)光互補(bǔ)簽訂《新一代太陽能電池：鈣鈦礦/晶硅疊層技術(shù) 合作框架協(xié)議》，共同推進(jìn) TOPCon/鈣鈦礦疊層電池產(chǎn)品技術(shù)的研發(fā)、生產(chǎn)及產(chǎn)品應(yīng) 用。

3.2.2 設(shè)備端：進(jìn)入驗收出貨階段，實現(xiàn)量產(chǎn)交付

鈣鈦礦設(shè)備端產(chǎn)業(yè)化速度較快，部分廠商已實現(xiàn)量產(chǎn)交付。目前，設(shè)備出貨主要集中在 專業(yè)化廠商，以眾能光電、京山輕機(jī)、捷佳偉創(chuàng)、德滬涂膜為首的國產(chǎn)鈣鈦礦設(shè)備廠商 競爭實力雄厚，部分設(shè)備產(chǎn)品已進(jìn)入驗收、出貨、交付階段。

RPD 鍍膜設(shè)備：供應(yīng)商以捷佳偉創(chuàng)為主，公司的 RPD 設(shè)備具有多項的自主知識產(chǎn) 權(quán)和極高的技術(shù)壁壘。2022 年 7 月，捷佳偉創(chuàng)的首臺套量產(chǎn)型鈣鈦礦電池核心裝備 出貨，“立式反應(yīng)式等離子體鍍膜設(shè)備”（RPD）通過廠內(nèi)驗收，將發(fā)運(yùn)給客戶投入生 產(chǎn)；并再次中標(biāo)某領(lǐng)先公司的鈣鈦礦電池量產(chǎn)線鍍膜設(shè)備訂單。

PVD 鍍膜設(shè)備：供應(yīng)商以京山輕機(jī)為主，具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)，是用于鈣鈦礦電 池制備過程中沉積電子傳輸層（ETL）或空穴傳輸層（HTL）的鍍膜設(shè)備。作為鈣鈦 礦設(shè)備領(lǐng)域的先行者和領(lǐng)導(dǎo)者，公司團(tuán)隊率先具備 PVD 鍍膜設(shè)備的研發(fā)經(jīng)驗和交付 經(jīng)驗，并已具備成熟的供貨能力。

蒸鍍設(shè)備：供應(yīng)商以京山輕機(jī)和捷佳偉創(chuàng)為主，京山輕機(jī)鈣鈦礦電池團(tuán)簇型多腔式 蒸鍍設(shè)備現(xiàn)已量產(chǎn)。捷佳偉創(chuàng)自主研發(fā)的鈣鈦礦共蒸法真空鍍膜設(shè)備成功中標(biāo)了某 全球頭部光伏企業(yè)的鈣鈦礦電池蒸鍍設(shè)備項目。

涂布設(shè)備：供應(yīng)商以德滬涂膜為主，產(chǎn)品為板級鈣鈦礦和鈣鈦礦-晶硅疊層關(guān)鍵涂膜 設(shè)備，公司開發(fā)的全球首套用于大面積鈣鈦礦太陽能面板制造核心涂膜設(shè)備系統(tǒng)驗 收成功。

激光設(shè)備：主要供應(yīng)商有杰普特、邁為股份、帝爾激光等，杰普特的鈣鈦礦激光設(shè) 備已推出二代產(chǎn)品方案，涵蓋 P1-P3 薄膜劃切工藝段及 P4 清邊工藝四臺設(shè)備及前 后小型自動化設(shè)備。

全產(chǎn)線設(shè)備：供應(yīng)商以捷佳偉創(chuàng)、眾能光電為主。捷佳偉創(chuàng)產(chǎn)品包括狹縫涂布、 PVD/RPD、蒸發(fā)鍍膜設(shè)備，目前捷佳偉創(chuàng)已經(jīng)獲得了狹縫涂布、PVD/RPD、蒸發(fā)鍍 膜等設(shè)備訂單。眾能光電產(chǎn)品包括涂布機(jī)、刮涂機(jī)、激光刻蝕機(jī)、PVD 和 ALD 等， 目前已與國內(nèi)大型央國企、民營企業(yè)和知名高校科研機(jī)構(gòu)累計完成近 200 個單體工 藝設(shè)備交付。

3.2.3 材料端：靶材已進(jìn)入驗證階段，TCO 導(dǎo)電玻璃發(fā)展快已實現(xiàn)供貨

TCO 導(dǎo)電玻璃及靶材分別為 34%、31%，是鈣鈦礦主要核心材料。據(jù)協(xié)鑫光電數(shù)據(jù)， 其 100MW 級別組件量產(chǎn)成本構(gòu)成，TCO 導(dǎo)電玻璃及其他封裝材料占比第一達(dá) 34%，電 極材料占比第二達(dá) 31%。

TCO 導(dǎo)電玻璃：是透明導(dǎo)電薄膜的一大分類，具有光學(xué)帶隙寬、可見光透過率高、 紅外反射率高、導(dǎo)電性好、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，常見的 TCO 材料包 括 In、Sn、Zn 和 Cd 的氧化物及其復(fù)合多元氧化物薄膜材料。金晶科技是為數(shù)不多 掌握 TCO 導(dǎo)電玻璃技術(shù)且量產(chǎn)企業(yè)之一，TCO 導(dǎo)電膜玻璃已經(jīng)成功下線，并且與國 內(nèi)部分碲化鎘、鈣鈦礦電池企業(yè)建立業(yè)務(wù)關(guān)系，得到認(rèn)可開始供貨。

靶材：鍍膜靶材是通過磁控濺射、多弧離子鍍或其他類型的鍍膜系統(tǒng)在適當(dāng)工藝條 件下濺射在基板上形成各種功能薄膜的濺射源。隆華科技鈣鈦礦電池用靶材當(dāng)前已 進(jìn)入下游客戶的供貨測試階段。

富勒烯衍生物：一種電子傳輸材料，萬潤股份富勒烯應(yīng)用技術(shù)處于審核階段。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關(guān)信息，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】。