光伏行业钙钛矿市场分析

光伏行业钙钛矿市场分析钙钛矿：第三代电池佼佼者，产业化潜力较大钙钛矿十年时间效率直逼晶硅，发展前景广阔太阳能电池是一种利用光生伏特效应使得太阳能转化为电能的半导体器件。在数十年间，太阳能电池的发展已进入到了第三代，种类也得到了极大的丰富。其中，第一代电池主要为晶硅太阳能电池，是目前技术最为成熟、商业化最为成功的太阳能电池，但仍存在着制备工艺复杂、对硅料纯度要求较高等问题；第二代为化学薄膜太阳能电池，主要以CdTe、GaAs、CIGS为代表。与晶硅电池相比，这类电池所需材料少，成本低而且转化效率高，已经逐步进入到商业化的进程中，但其活性层具有部分稀有元素与重金属元素，价格昂贵，难以应用于大规模生产；第三代为新型薄膜太阳能电池，如钙钛矿太阳能电池（PSCs），染料敏化太阳能电池（DSSC），有机太阳能电池（OSC）等。它们具有生产工艺简单、原料储量丰富、生产成本低等优势，在效率提升和降本等方面均具备较大潜力，受到全球学术界和产业界的广泛关注。钙钛矿物质的化学通式为ABX3，正八面体结构。在太阳能电池的应用中，A为单价阳离子，通常为甲胺阳离子(MA+，CH3NH3+)、Cs+或甲脒阳离子(FA+，(NH2)2CH+)，X为卤素阴离子(Cl-、Br-、I-)，B包括Pb2+、Sn2+、Bi2+等。晶硅实验室效率陷入瓶颈，钙钛矿实验室效率十余年间超越晶硅。晶硅电池效率在1970年代达到了13%、14%，2017年后停留在26.7%。而钙钛矿最早在2009年由日本科学家首次用于发电，转换效率仅3.8%。2012年，牛津大学的HenrySnaith发现钙钛矿可以用作太阳能电池的主要成分，而不仅仅是用作敏化剂，由此太阳能光伏研究领域正式开始使用合成钙钛矿。经过10余年发展，单结钙钛矿电池的实验室效率已达25.6%，接近由隆基22年11月创造的HJT晶硅电池26.8%的实验室效率纪录。单结钙钛矿电池理论转化效率可达33%，高于晶硅电池极限效率29.4%。结构多样，材料体系尚未定型主流结构分为介孔、正式平面、反式平面钙钛矿电池由多个功能层堆叠形成，其结构大致可分为三类：介孔结构、正式平面结构和反式平面结构，其中：1）介孔结构是最早诞生的钙钛矿电池结构，其主要特点在于采用二氧化钛作为介孔骨架，实现电子的转移运输，具有成膜均匀光滑、光电转换效果好等优点。然而，介孔结构往往需要进行高温烧结，不利于大规模量产和柔性器件的制备；2）正式平面结构与介孔结构较为类似，但不存在介孔电子传输层，减少了高温烧结二氧化钛的过程，制备工艺更为简单，且相较介孔结构能获得更高的开路电压。但由于缺失介孔层，正式平面结构的电池对空间电场的分散能力更弱，因此转化效率略逊色于介孔结构。另外，正式平面结构往往使用湿度、热稳定性较差的有机空穴传输层，影响了电池的稳定性。3）反式平面结构的基本组成依次为TCO玻璃、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和金属电极，其电荷的流向与正式结构不同，空穴流向导电玻璃、电子则流向金属对电极。反式结构还具有制备工艺简单、成膜温度更低、与叠层电池器件结构的兼容性好等优点，是钙钛矿电池厂商产业化过程中采用的主流结构，但光电转换效率相较正式结构仍具有与一定差距。材料体系尚未定型，不同膜层均有多种选择TCO导电玻璃：产业上常用的TCO导电玻璃分为ITO、FTO和AZO玻璃三类，分别采用In2O3、SnO2和ZnO作为靶材。ITO具有电导率高、透过率高等优点，曾广泛应用于光伏领域，但产业对光吸收性能要求趋严，使得TCO玻璃必须具备增强光散射的能力，而ITO很难实现这一要求，因此逐渐被FTO所取代。FTO的导电性能与ITO相比稍显逊色，但具有成本低、膜层硬、光学性能适宜等优点，目前是应用于光伏玻璃领域的主流产品。AZO的光电性能与ITO相近，且AZO原材料简单易得，生产成本低，在未来产业化的进程中具备重大潜力。电子传输层（ETL）：产业端常用的电子传输层材料包括金属氧化物、有机小分子和复合材料，其中金属氧化物有二氧化钛(TiO2)和二氧化锡(SnO2)，有机小分子主要为富勒烯及其衍生物，复合材料包括通过绝缘材料框架与TiO2构成复合材料如TiO2/Al2O3、掺杂其他元素如钇的石墨烯/TiO2纳米颗粒复合材料。二氧化钛是最早且应用最为广泛的电子传输层材料，主要得益于二氧化钛与钙钛矿的能级较为匹配，能够有效实现电子传输并阻挡空穴，而且价格较为便宜，但TiO2制备过程中往往需要进行500℃以上的高温烧结以提升传输性能，这一过程制约了TiO2在柔性衬底上的应用和其产业化的进程。SnO2电导率和载流子迁移率较高，且制备温度较低，是较为理想的电子传输层材料。因此目前SnO2被产业界广泛研究，以期在产业化进程中实现对TiO2的替代。钙钛矿吸光层：吸光层采用的材料一般为有机-无机混合钙钛矿化合物前驱液，目前主流工艺多采用MAPbI3等。钙钛矿电池的原材料储备极为丰富，且配制前驱体溶液不含复杂工艺，对试剂纯度要求不高。空穴传输层（HTL）：空穴传输层材料可分为有机材料和无机材料两大类。最常用的有机材料是Spiro-OMeTAD、PTAA、PEDOT:PSS等。然而有机空穴材料合成复杂，价格昂贵，主要为实验室使用，且PEDOT:PSS等部分材料还具有酸性和吸湿性，会使得钙钛矿的吸光层材料衰减加速。产业端多采用无机材料来代替有机材料，以提升电池寿命、降低生产成本。常用的无机空穴材料包括Cu2O、CuI、CuSCN、NiOx等。无机空穴传输层还具有稳定性好、空穴迁移率高、光学带隙宽等优势，但目前HTL采用无机材料时，钙钛矿电池的效率表现不及使用有机空穴传输材料。电极层：产业端多采用铜、银等金属电极，或金属氧化物等作为电极层材料，碳电极也在尝试中。备制路径百花齐放，主流方法包括涂布/RPD/蒸镀/磁控溅射以反式平面结构为例，钙钛矿的工艺流程大体包括如下步骤，其中钙钛矿膜层备制难度最高，钙钛矿/HTL/ETL层备制均存在不同技术路线：顶电极ITO/FTO玻璃入线→激光刻蚀→清洗→制备空穴传输层→退火/干燥→制备钙钛矿吸光层→退火烘干→制备电子传输层→退火/干燥→激光刻蚀→制备电池层→激光刻蚀→激光清边→测试分拣→封装。钙钛矿吸光层制备工艺：实验室一般为旋涂，产业界以涂布为主流钙钛矿吸光层的制备技术百花齐放，大致可分为五大类，分别为(1)溶液涂布法：具体包含有刮刀涂布法、狭缝涂布法和丝网印刷法；(2)旋涂法：具体可分为一步旋涂法和两步旋涂法；(3)喷涂法和喷墨打印法；(4)软膜覆盖法；(5)气相沉积法。(1)溶液涂布法：主要通过涂布装置使得钙钛矿前驱体溶液在基底表面完成相对运动，依靠液体的表面张力和基底接触而成膜。按涂布设备的不同，可将其进一步划分为刮刀涂布法、狭缝涂布法和丝网印刷法。其中，狭缝涂布法具有印刷速度快、浆料利用率高、薄膜质量控制更加精细化等优点，是目前钙钛矿电池产业化中选用的主流方法。(2)旋涂法：旋涂法主要是将钙钛矿前驱体溶液滴在滴板上，依靠工件高速旋转的离心力完成涂覆和薄膜沉积，具有成膜质量高、对薄膜厚度控制精准等优点，一般于实验室备制小面积电池使用。(3)喷涂和喷墨打印法：该方法将钙钛矿前驱体溶液直接喷在基底表面，随后在基底上沉积薄膜，可通过改变溶液浓度、喷头与基底间的距离和喷涂速度控制钙钛矿的成膜形态。(4)软膜覆盖法：该方法是在压力环境下借助PI（聚酰亚胺）膜覆盖，实现胺络合物前驱体向钙钛矿薄膜的转化。该方法有效地阻止了溶剂向空气中蒸发，易于获得无针孔且高度均匀的钙钛矿薄膜。此外，这种沉积方法不需要真空环境，且可以在低温工艺下进行。(5)真空镀膜法：蒸镀法，一般以共蒸为主。相较于溶液法，真空镀膜法得到的钙钛矿薄膜更加均匀平整，但是需要精准控制蒸发源的成分，操作难度极大。该方法还需在真空环境下进行，薄膜制备时间长，设备成本较高。(6)气相辅助溶液法：该方法首先利用液相制膜技术将前驱体薄膜涂布在基底上，然后再将其转移到有机胺卤化物(MAI)的蒸汽中，进而完全转换为钙钛矿薄膜，兼具了溶液法和真空镀膜法的优势。电子传输层&空穴传输层&电极层备制存在较多选择路径透明导电基底往往从玻璃厂商处直接采购获得，而后企业再对其进行刻蚀处理等以完成后续功能层制备。电子传输层沉积和空穴传输层沉积的技术路线较为相似，基本包含PVD（包含磁控溅射和蒸镀法）、反应等离子沉积(RPD)和狭缝涂布三大类，电极层则主要使用PVD技术。目前，工业界制备钙钛矿电池的主流路线包括PVD→PVD→狭缝涂布→RPD(或PVD)→PVD、PVD→狭缝涂布→狭缝涂布→狭缝涂布→PVD和PVD→PVD→气相沉积→PVD→PVD三大类，不同路径均有各自优缺点，尚未形成统一技术路径。激光：将大尺寸组件划片成小尺寸电池串联，四道工序，暂不存在路线分歧钙钛矿电池制备过程中，还需利用激光设备对电池进行激光刻蚀和激光清边。激光刻蚀的主要目的是使用激光划线打开膜层，阻断导通，从而形成单独的模块、实现电池分片，主要用于P1、P2和P3层。通常情况下P1为FTO导电玻璃，P2层是钙钛矿吸光层，P3则一般是镀金或者镀银材料。在进行激光刻蚀的过程中，一般需保证激光刻蚀线宽与刻蚀线间距精确度，并且不会对之前的层级造成损伤。P4层则主要利用激光设备实现激光清边，对电池的边缘进行绝缘处理，去除无效区域。封装工艺与晶硅相似度较高钙钛矿封装工艺与晶硅相似度较高，主要流程为层压，封装核心辅材为POE胶膜与丁基胶。以协鑫光电为例，协鑫采用了包含两个封装层的封装工艺，具体流程为：(1)首先，需要先在钙钛矿太阳能电池的外周表面制备1nm-1000nm的第一封装层。第一封装层由致密的金属化合物沉积而形成，用于阻隔钙钛矿电池与外界进行物质交换。金属化合物可以选择Al2O3、TiO2、SnO2、ZnO、ZnS等，制备则可以采用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)中的任意一种工艺。(2)随后，再在第一封装层的表面施加热熔胶形成第二封装层，材质可使用POE膜，厚度为100μm-2mm。(3)最后，采用层压机使得热熔胶膜与第一封装层和背板粘结在一起，最终形成钙钛矿电池组件完整的封装结构。设备、电池、辅材是钙钛矿产业链投资核心环节钙钛矿电池上游主要包括原材料和设备两部分，其中，原材料有钙钛矿材料、TCO导电玻璃、胶膜以及光伏玻璃；产业链中游则是众多钙钛矿电池厂商，协鑫光电、纤纳光电和极电光能等龙头企业的产业化进度领先；下游则可应用于光伏产业、LED、BIPV等众多领域。从各功能层的生产需求而言，钙钛矿产线所需设备大致有真空设备、涂布设备及激光设备三大类。其中，真空设备包括磁控溅射仪、反应式等离子体镀膜设备（RPD）设备和蒸镀机，涂布设备主要用于钙钛矿吸光层的制备，国内设备供应商包括德沪涂膜、众能光电等，激光设备则主要用于对电池进行激光刻蚀和激光清边。钙钛矿电池具备多优势，但仍有两大挑战需解决理论效率更高、理论成本更低、发电量更高、应用场景更广相较晶硅，钙钛矿具理论效率更高、理论成本更低、发电量更高、应用场景更广四大优势。优势一极限效率高钙钛矿电池的极限转换效率高于传统晶硅太阳能电池，这主要得益于钙钛矿材料的禁带宽度与最优带隙的区间极为接近。此外，钙钛矿材料带隙宽度连续可控，使其便于与晶硅电池制成高效叠层器件，可进一步打开理论转化效率的天花板。(1)禁带宽度适宜：单结太阳能电池吸光层材料的最优带隙区间为1.3-1.5eV，而MAPbI3、FAPbI3等常用钙钛矿材料的禁带宽度在1.5-1.6eV的区间内，理论转化效率均可超过30%。(2)材料带隙宽度连续可控：A、B、X含量不同可获得不同组分的钙钛矿材料，相应材料的带隙和能级分布也会产生差异。若对钙钛矿的A、B、X位进行组分调控，可将带隙宽度在1.17-2.8eV内做到连续可控。带隙的大小决定了电池吸收光子的能量范围，因此可调的带隙宽度为钙钛矿和晶硅电池叠层器件的制备提供了多种选择，利于实现两者吸收光谱的互补，光电转换效率最高可达47%。(3)钙钛矿电池效率直接等同于组件功率。目前TOPCon电池片的量产效率大约为25%，但是封装成组件效率后的效率一般为22%左右，具有2%-3%的组件效率损失（CTMLoss），而钙钛矿电池则没有CTMLoss，电池片效率直接可比组件功率，在产业化进程中具有显著优势。优势二成本低相较于传统晶硅电池，钙钛矿电池具有显著的成本优势，主要体现在初始投资额、材料成本与能耗成本三大方面。(1)初始投资额低：据协鑫光电估计，待技术成熟后，5-10GW钙钛矿电池的设备投资金额约为5-6亿元/GW，是晶硅电池的整套产业链设备成本的1/2左右。(2)材料成本低：钙钛矿材料具备优异的光吸收能力，光吸收系数达105的量级，因此原材料用量低，电池吸光层的厚度很薄，在材料成本方面具备优势。钙钛矿吸光层的厚度大约为400nm左右，与除玻璃外的其他功能层合计厚度约为1um，而晶硅电池中的硅片厚度通常为150um。(3)能耗成本低：钙钛矿电池的制备对原材料纯度要求较低，通常90%左右纯度的原材料即可制造出效率在20%以上的钙钛矿电池。而晶硅电池对材料纯度要求极高，需要达到99.9999%以上，这使得钙钛矿电池不需要和晶硅电池一样进行高温提纯的步骤，从而有效减低了能耗。据我们测算，晶硅的制造能耗约为0.31KWh/W，而钙钛矿组件的制造能耗仅为0.12KWh/W。优势三发电量高(1)抗衰减性强，无PID、LID效应：PID和LID效应是造成晶硅电池效率衰减的重要原因，其中，PID效应主要由于钠离子在电场影响下向电池片表面移动并富集而造成，LID效应则来源于硼元素的扩散，这些杂质的扩散往往是百万分之一级别的。钙钛矿材料对杂质的容忍度显著优于晶硅材料，百万分之一级别的杂质的形成和扩散并不会显著影响钙钛矿电池的发电性能，因此，钙钛矿电池具有良好的抗衰减性。协鑫光电数据表明，在实验室层面，钙钛矿电池可实现9000小时连续工作而无衰减，晶硅电池则在工作1000小时左右就会出现衰减现象。(2)低热斑效应、低温度系数：钙钛矿电池还具有低热斑效应、低温度系数的特点，相较传统晶硅电池而言在高温环境下的能耗损失更少，组件的输出性能更佳。(3)弱光效应好：早上5点-晚上9点钙钛矿电池均可发电，阴雨天也能有较好的发电效果。优势四轻薄美观，应用场景丰富BIPV（光伏建筑一体化）是一种将光伏发电设备集成到建筑上的专业技术，既实现了可再生能源的应用，又降低了建筑能耗。但BIPV组件较为追求外观设计、且需要具备较好的透明度，这恰恰是晶硅电池的劣势所在。而钙钛矿材料具有轻薄美观、安装便利、颜色可调等优点，因此可制成均匀柔和的透光、彩色玻璃，实现光伏组件的实用性与建筑设施的美学完美融合，是目前BIPV材料的最优解。产业化尚存在大面积效率低、稳定性差两大疑虑，部分问题已有解决方案尽管钙钛矿电池的上述优势已经得到了业内的广泛认可，但其产业化进程中仍存在着两大痛点亟待解决，即大面积备制效率降低、稳定性较差。目前产业端已出现多种解决思路，部分问题已有解决之道。产业化疑虑#1：大面积效率低钙钛矿在备制大面积效率损失严重，主要有两个原因：1）钙钛矿薄膜本身在大面积制备时工艺不成熟不够均匀导致成膜质量差，效率下降；2）大面积薄膜组件进行激光划线后产生的电阻损耗、并产生死区。针对大面积效率低的问题，主要从工艺、设备两方面解决，目前业界已形成了初步的解决方案。大面积备制钙钛矿层主要采用狭缝涂布和蒸镀两种方式，差别在于成本和成膜质量之间权衡：1）狭缝涂布法可以理解为两步，第一步是涂布溶液，需要保证涂布溶液物理上的均匀性，该步骤对涂布的工艺要求并没有超过面板行业，已有相对成熟解决方案，第二步为干燥结晶，需要保证成膜过程中的化学一致性，为涂布法核心难点所在，目前产业端主要通过风刀、红外等方式干燥结晶，但由于不同厂家配方不同，粘度、挥发性等指标也有所差异，故结晶工序需要工艺、设备、配方三大体系相适配，生产knowhow的积累与工艺改进仍有较大的空间。2）真空蒸镀成膜质量较狭缝涂布更好，但是由于需要使用价格昂贵的真空设备、生产效率低、靶材利用率低，故目前生产成本较高，且随着钙钛矿配方越来越复杂，共蒸过程中对蒸发源设计、化学计量控制难度也会进一步提升。激光划线产生电阻损耗、热损伤、死区，解决思路主要包括添加隔离层、提高设备精度、优化划线区域三大方向：1）大面积薄膜组件需要划分后将小电池互连，但划线后也会带来损耗造成电池效率降低。目前钙钛矿分割成小电池主要采用激光划线，P1、P2、P3三道工艺划线后使得划线一侧的顶部电极连接到划线另一侧的背面电极，从而形成串联效果。但是划线后顶电极和背电极接触的地方会形成互联电阻，从而产生功率损耗，且激光划片过程中产生的热损伤也会对钙钛矿层造成一定程度破环，进而导致效率的降低。目前解决思路主要为提高激光划线精度并优化划线区域。2）P2划线区域钙钛矿层与金属电极接触，Ag容易与钙钛矿在界面处反应生成AgI或AgBr，从而大幅度降低金属电极的电导率，增大串联电阻。目前实验室可通过添加隔离层，减少钙钛矿层与金属电极的接触可采用光刻工艺添加光刻胶隔离层，防止两者接触解决。3）激光划线过程中会产生不能发电的死区，通过采用高精度的精光设备，可以相当程度上减少死区面积，进而提升大尺寸电池效率。产业化疑虑#2：稳定性差钙钛矿稳定性差由环境因素和内部因素共同影响所导致。钙钛矿的吸光层的稳定性受环境因素影响，易水解、高温易分解、温度变化下相变、光照和氧气作用下发生光致分解等。同时，吸光层还会与电荷传输层和电极材料影响。以正向结构为例，TiO2/ZnO作为电子传输层在光照下产生光生空穴催化分解吸光层；Spiro-OMeTAD作为空穴传输层易受吸光层碘离子扩散影响而电荷传输性能下降，且一般会添加少量有机盐来优化spiro-OMeTAD的导电性，例如锂盐、钴盐等，这些添加剂具有较强的吸湿性，极易造成spiro-OMeTAD的性能衰减和钙钛矿的分解。电极材料常用贵金属，但金属原子易扩散造成吸光层分解，且钙钛矿材料具有明显的离子特性，易发生离子迁移，吸光层的碘离子也会腐蚀金属电极，如银金属电极和钙钛矿层中的碘反应生成AgI。材料、结构、工艺协同进步，提供钙钛矿稳定性破局之道。目前可从材料配方、结构优化、封装工艺加强钙钛矿器件的稳定性。封装是给器件提供最外层的保护，目前产业界普遍采用POE+丁基胶的封装方式，基本解决了外部的水氧因素导致的衰减。针对钙钛矿本身内部的不稳定，优化可以从材料和结构两个方面入手，主要包括各个膜层的材料改性、界面工程、使用复合电极等手段。维度1：加强封装POE胶膜+丁基胶的封装方案能有效解决水氧等外部因素导致的不稳定性。钙钛矿封装方式类似晶硅，但在材料的使用上需要采用POE胶膜+丁基胶封边的形式：1）EVA不可能100%聚合，未聚合的单体含有羧酸可能与钙钛矿吸光层的氨基（比如甲胺中含有氨基）发生反应，故钙钛矿封装需采用POE。此外，POE阻水性远优于EVA，POE水汽透过率仅2-5g*m^2/day，大幅低于EVA的20-40g*m^2/day并有更强的紫外线稳定性。2）丁基胶的水汽透过率比天然橡胶少了超过一个数量级，使用丁基胶进行边缘封装将进一步减少水汽入侵。据赛伍技术实验，传统硅胶的水汽透过率为84g*m^2/day，而使用丁基胶后水汽透过率仅为0.25g*m^2/day。维度2：材料改性材料配方包括吸光层、电荷传输层和电极材料的改良，主要优化包括：1）吸光层：钙钛矿吸光层较不稳定，可混合比如具有更小离子半径的Cs+，提升FA+和碘化物之间的相互作用，但提高Cs+含量会效率会有一定程度下降，需要进行权衡与优化。2）空穴传输层：目前常用的空穴传输层有掺杂后的Spiro-OMeTAD、PEDOT:PSS。但是掺杂后的Spiro-OMeTAD吸水性强，不稳定，PEDOT:PSS价格低廉且导电性能良好，但其本身呈现弱酸性，会腐蚀基底及钙钛矿材料，影响器件稳定性。目前产业端多换无机材料，比如氧化镍，但会导致效率出现一定下降。3）电子传输层：传统的TiO2/ZnO作为在光照下产生光生空穴催化分解吸光层。SnO2不易受光分解，且带隙宽、吸湿性低和酸容忍性好，目前SnO2应用于电子传输层已较多。维度3：结构优化钙钛矿电池是类三明治结构，且钙钛矿层是离子晶体，很难避免离子迁移的问题，中间的钙钛矿材料很容易受到相邻电荷传输层的影响，空穴传输层和电子传输层也分别会受到来自阳极和阴极的影响。当前主流解决思路包括两大类：1）通过在钙钛矿电池中加入缓冲层方法，可有效降低相邻层之间的影响：解决内部稳定性需要重点解决离子迁移问题，离子迁移需要通道，目前实验室已有增加缓冲层提高器件稳定性研究，未来单独备制缓冲层是可行的发展方向，但由于额外备制膜层会增加成本，目前产业界尚未有厂商采用加入缓冲层的工序。2）备制复合电极：Ag在界面处与钙钛矿层扩散的碘离子形成AgI，目前复合电极一般做成ITO-铜-ITO结构，ITO直接跟组件结构接触，避免出现离子移动，此外，ITO的导电性能不是很好，而通过加入铜能提升其导电性能。钙钛矿降本增效空间较大，未来空间星辰大海提效：短期多种提效路径并行，长期叠层打开效率天花板钙钛矿电池的实验室效率和产业界效率均有较大提升空间，实验室端，单结实验室效率现在最高为25.7%，由韩国蔚山国家科学技术研究所实现，产业端，头部钙钛矿参与者单结中试线仍在15%-16%左右，年内有望提升至18%，离钙钛矿理论效率天花板仍有较大空间。短期内，我们预计配方优化、材料改性等多种提效路径将并行，长期看，叠层是提效的终极手段，打开钙钛矿效率天花板。短期：配方优化、材料改性、界面修饰、钝化层等提效手段齐头并进1）配方优化。当前钙钛矿层配方尚未定性，学术界和产业界各家都在积极探索过程中，钙钛矿材料带隙随配方不同可调整，通过不断调整材料体系可以使钙钛矿层带隙向最优带隙靠拢，进而获得更高的发电效率，此外，也可以通过掺杂方式实现效率提升。2）材料改性。以介孔结构为例，目前常用的电子传输层（c-TiO2）和介孔层（m-TiO2）的微观结构都是球形粒子，有着堆积密度高、致密性好的优点，但缺点是效率不足。因此可以引入一维结构的粒子，其导电性更好、电荷传输能力更强。3）备制钝化层。实验室已有通过添加钝化层的方式来进行界面修饰的方案，其目的是减少界面缺陷带来的效率损失，进而提升效率。目前产业界厂商一般将钝化材料添加在钙钛矿前驱体溶液中进行钝化，随着后续对效率追求越来越高，钙钛矿GW级别大规模量产后，单独备制钝化层工艺有望于产业界也逐步导入。长期：叠层提效是钙钛矿提效的终极手段叠层结构是指不同光学带隙的电池进行堆叠，宽带隙电池作为顶电池吸收较高能量光子，窄带隙电池作为底电池吸收较低能量光子，实现子电池对太阳光谱分段利用。根据叠层电池的数量可分为双结、三结、四结等。目前结数最高为美国国家可再生能源实验室发布效率47.1%的六结电池（砷化镓），未来进一步优化后有望突破50%。虽然电池结数可以增多，效率可以提升，但成本增加也难以忽略，目前常规的结构是两结叠层，分为钙钛矿/钙钛矿叠层与钙钛矿/晶硅叠层两类。两端结构简单，成本更低，工艺难点突破后更具大规模应用潜力。按照堆叠方式可分为两端和四端叠层电池。四端叠层电池由两个独立的电池堆叠，通过外电路连接，制备简单。但是，加倍的金属电极消耗和组件端工艺复杂性限制了大规模应用前景。两端叠层电池包括两个顺序制备的子电池和与二者相连的互联层，结构更加简单，电池器件和组件的制作成本更低，但是需要精巧的设计（如顶电池与底电池之间的光学耦合、制备工艺兼容性，互联层光学和电学的平衡等）才能实现高效率，备制难度较四端子更高。当前晶硅叠钙钛矿为主流，全钙钛矿叠层主要为仁烁光能布局。目前钙钛矿/晶硅叠层电池为主流：①杭萧钢构（合特光电）预计5月10日投产百兆瓦钙钛矿HJT叠层电池，目标电池效率28%；②宝馨科技设立合资公司西安宝馨光能科技有限公司，负责开展钙钛矿-异质结叠层电池技术的研发，核心团队为西安电子科技大学张春福教授、朱卫东副教授；③皇氏集团与深圳黑晶光电技术有限公司签署合作框架协议，共同推进TOPCon/钙钛矿叠层电池产品技术的研发、生产及产品应用，预计2023年效率达到26%以上、2024年达到27%以上、2025年达到29%以上，最终目标实现36%以上。全钙钛矿叠层则以仁烁光能为领军企业，2022年10MW中试线已投产，150MW量产线正处于建设阶段，公司预计将23年投产。降本：降本空间较大，大规模量产后成本可降至0.6-0.7元/W，仅为晶硅极限成本的60%-70%钙钛矿降本空间较大，5-10GW级量产线的成本有望下降至0.6-0.7元/W，仅为晶硅极限成本的60%-70%。目前钙钛矿仍处于产业化的前期，尚未量产，成本较高。但钙钛矿降本空间广阔，具体可分为材料、能动、人工等成本下降带来的直接降本与效率提升摊薄成本带来的间接降本。我们预计随着材料端、设备端、能动与人工的降本持续推进，加之效率提升带来的成本摊薄，未来5-10GW级量产线的成本有望下降至0.6-0.7元/W，进而带动下游电站LCOE降低，远期看钙钛矿LCOE将低于晶硅极限LCOE，打开光伏发电降本天花板。直接降本：材料、能动、设备投资额均有较大下降空间降本因素#1：TCO玻璃TCO玻璃透光导电，FTO取代ITO成主流。钙钛矿的玻璃为TCO玻璃，主要起透光和导电作用。钙钛矿电池初期使用ITO玻璃作为前电极，但逐渐被FTO取代。尽管FTO其导电性能比ITO略差，但具有成本低、激光刻蚀容易、光学性能适宜等优点，已成为TCO玻璃主流。国内曾生产TCO玻璃，因薄膜势微而关停产线。在十多年前的薄膜电池浪潮中，我国玻璃厂商生产过TCO玻璃，但由于薄膜电池与晶硅电池的后续竞争中性价比落后，硅料价格下跌导致晶硅电池性价比提升，薄膜电池需求下降，TCO玻璃产量较小或产线关停。电池厂规模化采购与TCO玻璃厂再度扩产后，预计TCO玻璃价格将出现较大下降。1）需求端，当前钙钛矿电池商产线规模小，小批量采购价格较高，随着钙钛矿电池扩产，规模化采购后价格将下降。2）供应端，TCO玻璃厂扩产也也会带来FTO玻璃供应量上升，价格下降。过去国内厂商有过生产TCO玻璃的经验，且根据金晶科技对玻璃产线的改造升级来看，产能扩张不是难题。随着钙钛矿的GW级别量产和产能扩张，钙钛矿厂商对FTO需求增加，吸引上游玻璃厂商入局，FTO玻璃有望实现大规模量产，最终成本将下降。降本因素#2：材料钙钛矿材料本身相较晶硅具有纯度要求低（纯度要求仅95%，低于晶硅的99.9999%）、材料多样可设计性强（A、B、X位均有较多选择）、吸光系数高厚度薄（吸光层厚度0.3nm，晶硅最薄120um）等优势，因此原料用量少，价格便宜，不存在晶硅原材料的紧缺问题，钙钛矿层成本占比很低。两层电荷传输层与金属电极为材料成本大头，规模化生产后材料成本有望下降，并且随着原材料的不断更换实现效率提升带来的成本摊薄和更便宜的材料体系。降本因素#3：设备当前设备投资额较高，预计未来成本将降至当前的1/2。目前100MW线设备投资额1.2亿元左右，即单GW投资额12亿，主要由于目前钙钛矿设备仍处于探索期，以定制化需求、试验性需求为主，设备产能也较小。单GW设备投资额约12亿中涂布设备/PVD/RPD占大头。根据协鑫光电环评书，其100MW大面积钙钛矿光伏组件生产线主要包括2台涂布机，3台镀膜设备（2台PVD设备和1台RPD）以及4台激光机。我们预计每台涂布机/PVD设备/RPD设备/激光机的价格分别为1500/2000/3000/300万元，对应每100MW的总设备金额分别为3000/4000/3000/1200万元，价值量占比分别为25%/33%/25%/10%。未来设备成本有望降至5-6亿/GW，较当前下降50%。以协鑫光电为例，其100MW产线设备投资额1.6亿（2019年建成，故设备成本较当前稍高），其中1亿用于规划改造。待确定设备类型并规模化量产后，一方面改造升级的1亿元可以节省，同时单台设备的产能逐步提升，规模效应逐步显现，成本有望大幅降低；另一方面钙钛矿产业链短，不同于晶硅需要硅料、硅片、电池、组件多环节生产加工，钙钛矿组件可由单一工厂直接制成，生产高度集中化，成本下降空间更大，未来单GW投资额有望降到5-6亿元。降本因素#4：能耗低温备制工艺、低纯度要求决定钙钛矿能耗较晶硅低。钙钛矿对原料纯度要求低，且可使用低温工艺，最高温度仅150℃；而晶硅对原料纯度要求高，需要经过反复提纯，最高工艺温度达1200℃，根据我们测算，从工业硅到组件晶硅全产业链电耗约0.31KWh/W，而钙钛矿能耗为0.12KWh/W，单瓦能耗不到晶硅的10%。电价上，目前钙钛矿工厂主要分布在东部沿海等电价较高的地区，未来规模化与搬迁至中西部低电价地区后，能耗成本将进一步下降。间接降本：提效全面摊薄成本效率提升带动组件成本与度电成本下降。当前钙钛矿效率15%-16%左右，根据极电光能、协鑫光电等厂商规划，到2023年平米级钙钛矿光伏产品将实现18%左右的效率，24年GW级别产线效率将提升至20%-22%，远期大规模量产后，效率有望提升至25%。效率提升将带来材料、能耗、设备折旧等成本的全面摊薄，我们预计100MW级产线量产后成本将控制在1.2元/W左右，1GW级在0.9元/W左右，未来产量足够大时（5-10GW量产）有望到0.7元/W以下。钙钛矿打开光伏降本天花板，远期大规模量产后LCOE较晶硅更优钙钛矿GW级别量产LCOE可做到与PERC持平，远期大规模量产后将全面优于PERC，我们判断钙钛矿LCOE从追平到优于晶硅可分为三个阶段。1）阶段一：钙钛矿百兆瓦级量产后，转换效率达到18%，若组件寿命能达到15年，则钙钛矿LCOE可以基本打平PERC电站当前LCOE。2）阶段二：晶硅电池极限成本约为1元/W，假设一体化毛利率为15%，则对应约1.2元/W左右的售价（不含税）。以PERC电池23.5%效率，组件21%功率测算，25年晶硅电站度电成本约为0.27元/W。钙钛矿GW级别量产时效率为20%，组件成本0.94元/W，假设一体化15%毛利率，则组件价格对应1.10元/W，假设钙钛矿电站寿命15年，则钙钛矿LCOE已经打平PERC电站LCOE降本极限。3）阶段三：钙钛矿远期大规模量产后（5-10GW级别量产）成本有望降至0.67元/W，对应钙钛矿组件价格将降至0.79元/W，仅为晶硅极限的65%左右，按15年寿命计算，对应电站的LCOE为0.24元/W，低于晶硅电站LCOE降本极限。从0到1进行时，2024或成钙钛矿量产元年设备：国产厂商陆续完成出货交付钙钛矿电池核心设备主要包括真空镀膜设备、激光设备和涂布设备。镀膜设备部分国产设备即将进入生产阶段。以晟成光伏为例，公司的团簇型多腔式蒸镀设备已完成量产，并成功应用于多个客户端；涂布设备中德沪涂膜走在行业前列，公司钙钛矿核心涂膜设备全球市占率第一；激光设备中迈为、杰普特、帝尔激光相关激光设备均迎来出货交付阶段。电池：当前产业以百兆瓦级为主，2024或成钙钛矿量产元年目前产线多为兆瓦级，2024有望实现GW级落地。现阶段钙钛矿技术尚处于探索期，产能规模多为兆瓦级的中试线。2020-2021年，行业领先参与者如协鑫光电、纤纳光电和极电光能开始了百兆瓦级中试线的建设，虽有组件陆续得以生产，但整体成品的稳定性、光电性仍需测试，生产线的工艺流程仍需不断完善。新晋参与者如奥联电子、宁德时代、曜能科技、合特光能也纷纷加码钙钛矿新技术，积极推进兆瓦级中试线的建设。协鑫光电：领跑钙钛矿赛道，首条大面积钙钛矿产业线将迎来量产昆山协鑫光电材料有限公司成立于2019年，隶属全国新能源行业领先企业协鑫（集团）控股有限公司，主要负责钙钛矿太阳能组件的研发与生产。公司是全球唯一一家取得钙钛矿组件实用化产品商业认证的企业，在钙钛矿太阳能组件的研发和生产方面全球领先。截至2022年6月，公司累计申请专利106项，其中发明专利58项，实用新型专利47项，外观设计专利1项。钙钛矿行业龙头厂商，大面积组件效率纪录创造者。在钙钛矿电池领域，协鑫光电于2019年完成了尺寸为45cm×65cm的钙钛矿组件效率认证，经全球最权威的光伏组件商业认证机构TÜVRheinland认证，效率达15.31%（现已经提升至17%），是目前为止全球面积最大、组件效率认证最高的钙钛矿组件。全球首条大面积钙钛矿中试线进展顺利，预计23年产线跑通。2020年，协鑫光电开始在昆山平谦国际产业园建设全球第一条100MW钙钛矿光伏组件量产线。2021年9月，该钙钛矿光伏生产线已经建设完成。2022年5月13日，协鑫光电宣布完成数亿元人民币B轮融资，此次融资将用于进一步完善公司100MW钙钛矿生产线和工艺。根据公司规划，23年100MW产线有望达产，效率将达到18%。百兆瓦级产线跑通后将启动GW级建设计划，公司预计24-25年GW级产线建成，量产效率达到20%-22%。纤纳光电：钙钛矿头部参与者，钙钛矿组件全球首发纤纳光电成立于2015年，是全球知名的钙钛矿光伏技术领军企业，总部设在杭州，在浙江省内有多个分支机构，致力于“钙钛矿前沿技术、钙钛矿材料研究、相关产品及高端装备的设计研发、低碳制造和市场化应用”，逐步构建创新、绿色、安全、高效的钙钛矿清洁能源体系。公司坚持自主创新，先后7次刷新了钙钛矿太阳能组件光电转换效率的世界纪录，获得全球首个钙钛矿组件稳定性认证及多倍加严认证；全球累计申报了300多项知识产权专利。钙钛矿组件全球首发。2022年5月20日，纤纳光电进行了钙钛矿α组件全球首发仪式。这条全球首个百兆瓦级0.6m*1.2m钙钛矿组件产线有其独特优势：公司为这条产线配置了全球首个适合钙钛矿生产工艺流程的智能大脑，全自动设备与众多机械臂穿插配合，每40秒就能制造出一片α组件，实现了高效、稳定、节能的连续生产。极电光能：钙钛矿行业先行者，GW级钙钛矿产线24年有望落地极电光能起源于长城控股集团，2018年开始钙钛矿技术研发，2020年4月落地无锡。极电光能是一家专业从事钙钛矿光伏、钙钛矿光电产品研发和制造的创新型高科技企业。公司研发团队由欧洲双料院士领军，国内外资深钙钛矿专家、光伏产业化技术专家共同担纲，技术研发实力雄厚，已累计申请核心技术专利80余项，其中近90%为发明专利。组件效率不断提高，钙钛矿量产化技术日趋成熟。2021年，极电光能在63.98cm2的钙钛矿光伏组件上实现20.5%的光电转换效率；22年4月，又在300cm²的大尺寸钙钛矿光伏组件（SubModul