摘要：钙钛矿材料具有众多优异的性质，如吸光系数高、载流子迁移率高、缺陷容忍度较高等。这些性质相应的使得其电池具有一系列优点，如制备简单、成本低廉、可实现超轻超薄等。此外，通过对其化学成分进行调整优化，从而可以制备不同特点的钙钛矿材料面向不同应用场景，如半透明太阳能电

一、钙钛矿电池产业分类及定位

1、钙铁矿材料特点

钙钛矿材料具有众多优异的性质，如吸光系数高、载流子迁移率高、缺陷容忍度较高等。这些性质相应的使得其电池具有一系列优点，如制备简单、成本低廉、可实现超轻超薄等。此外，通过对其化学成分进行调整优化，从而可以制备不同特点的钙钛矿材料面向不同应用场景，如半透明太阳能电池、彩色光伏玻璃等。材料的禁带宽度可以通过改变组成物质的种类及比例来调控，能覆盖的光谱吸收范围宽至红外波段，同时具备载流子扩散距离长和迁移率高的优点。需要指明的是，钙钛矿材料的光电性质使其不仅可以用于制备光伏电池，也可以用于发光二极管（LED）、光探测器、晶体管、催化剂等各类应用中。

钙钛矿材料及电池的主要特点

资料来源：公开资料整理

2、钙钛矿电池产业地位

太阳能光伏电池按照技术路线可以分为晶硅电池（第一代电池）、薄膜电池（第二代电池）以及第三代电池。其中，晶硅电池包括多晶硅电池和单晶硅电池两类，是目前主流的太阳能电池，以单晶硅电池为主。薄膜电池是第二代电池，包括硅基类、化合物类（碲化镉、铜铟镓硒、III-IV 组、钙钛矿等）、有机质类等，是太阳能电池发展的重要方向。第三代电池中目前多为实验室成果，尚无量产。钙钛矿电池是利用钙钛矿型材料作为吸光层的新型化合物薄膜太阳能电池，属于第三代太阳能电池，可分为纯钙钛矿电池和钙钛矿叠层电池，钙钛矿电池可分别和晶硅电池或薄膜电池进行叠层，理论上最大的叠层数量是4层，随着技术发展，全钙钛矿叠层也存在产业化可能性，届时可完全摆脱晶硅电池依赖。

钙铁矿电池属于第三代太阳能电池

资料来源：公开资料整理

二、钙钛矿产业发展优势

1、效率优势

钙钛矿对比目前市场主流光伏电池技术，钙钛矿无疑处于效率的第一梯队。目前效率高于钙钛矿的仅有单晶硅和GaAs两种技术，其中GaAs由于成本较高，主要应用于空间航天领域，因此未来一段时间单晶硅将是钙钛矿的主要挑战目标。考虑到钙钛矿的研究只进行了十余年，众多材料和器件机理难题仍有待突破，未来效率仍将有较大的提升空间，效率上追平乃至超越晶硅电池可以期待。

钙钛矿电池与晶硅电池基本性能对比

资料来源：公开资料整理

纯钙钛矿电池可分为n-i-p和p-i-n两种器件结构，其中n-i-p结构是指电子传输层-钙钛矿层-空穴传输层的器件结构，p-i-n结构是指空穴传输层-钙钛矿层-电子传输层的器件结构，其中n-i-p器件结构较为常见。钙钛矿叠层电池方面，钙钛矿可和晶硅电池和薄膜电池叠层，其中HJT电池结构天然适合与钙钛矿电池进行叠层，是产业普遍选择。

全球钙钛矿/晶硅叠层电池效率进展

资料来源：《钙钛矿及其叠层太阳能电池现状及发展趋势_张晓丹》，华经产业研究院整理

2、成本优势

相比于晶硅电池，较低的成本是钙钛矿另一大优势。由于晶硅产业链较长，各个环节均有较高进入壁垒及龙头企业，导致价格波动大、扩产周期长、周期性明显等特点。钙钛矿光伏产业链则相对更短，并天然的具有“一体化”的特点。通过采购化工原材料，即可在同一间工厂完成最终组件产品的交付，大大缩短了产品生产交付周期，同时降低了综合成本。尤其需要指出的是，钙钛矿组件中钙钛矿原材料成本通常只占5-8%，且价格稳定，远低于晶硅组件中成本超过三分之一且价格波动剧烈的硅料。同时根据协鑫光电公告，随着钙铁矿组件规模化，产能达1GW时同时组件效率达到17%，电池规格达到2.4m²，组件成本将降至0.7~0.75元/W。

产业端钙钛矿组件成本结构占比

资料来源：协鑫光电，华经产业研究院整理

另外，钙铁矿电池还具备更少材料用量、更低生产能耗、更高组件功率、更长工作时间等优点。由于其钙铁矿可低温柔性制备的特点，原材料（如碘化铅、甲胺、甲脒等）均可溶于有机溶剂中得到前驱体溶液，这些过程均可在室温条件下完成。将这些前驱体溶液通过旋涂、狭缝刮涂等液相制膜工艺均匀涂抹在基底材料上，辅以最高不超过200°C的退火处理，即可得到钙钛矿吸光层薄膜。钙钙钛矿光伏中的其他层材料也可使用同样的液相制膜工艺或热蒸镀工艺制备，整个电池制备流程从原材料到最终成品，具有步骤少、能耗低、可液相制备的特点，赋予了其低廉的综合制造成本。

钙铁矿电池成本四大优势

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3、政策优势

2022年开始中美两国均明确表示支持钙钛矿产业发展，政策助力下产业有望加速成熟。2022年8月18日，科技部、国家发展改革委、工业和信息化部等9部门印发《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》，实施方案统筹提出支撑2030年前实现碳达峰目标的科技创新行动和保障举措，并为2060年前实现碳中和目标做好技术研发储备，并提出“研发高效硅基光伏电池、高效稳定钙钛矿电池等技术”。

中国关于钙钛矿产业的政策支持情况

资料来源：政府公报，华经产业研究院整理

三、钙钛矿电池产业链

1、相关材料

介孔型钙钛矿太阳能电池发展最早、效率最高、材料和工艺最成熟，也是目前普遍研究的一类钙钛矿太阳能电池。介孔结构的钙钛矿太阳电池为：FTO导电玻璃、TiO2致密层、TiO2介孔层（多孔TiO2支架层）、钙钛矿层、HTM层、金属电极。电子传输层由致密TiO2和介孔TiO2两层材料组成，空穴传输层的作用是提取和传输光生空穴，常用Spiro-OMeTAD。金属电极的作用是传输电荷并连接外电路，一般通过在空穴传输层外面蒸镀一层金而获得。钛矿吸光层则是钙钛矿太阳能电池中吸收太阳光、产生光电子的活性材料，目前成熟的钙钛矿材料是碘化铅甲胺，透明导电层一般采用氧化铟锡导电玻璃（ITO）或氟掺杂的氧化锡导电玻璃（FTO），是其他材料的载体，并负责将收集到的光电子传送至外电路。

布局企业来看，金晶科技在为国内外为数不多掌握TCO导电膜玻璃技术且能量产的企业之一，自产品下线以来已与国内部分碲化镉、钙钛矿电池企业建立业务关系，已开始供货，2022年10月与纤纳光电《公司战略合作协议》，在钙钛矿用TCO系列玻璃领域建立战略合作关系。

钙钛矿主要材料基本情况

资料来源：公开资料整理

2、相关设备

钙钛矿产线工艺主要包括镀膜、涂布/印刷、刻蚀和封装等环节。镀膜环节制备各功能层和电极层，是钙钛矿电池的关键工艺；涂布/印刷环节主要制备钙钛矿层；刻蚀环节用于切割子电池，激光刻蚀已经成为主流方法；封装环节可以减缓钙钛矿电池稳定性破坏过程。钙钛矿产线主要包括PVD、涂布、激光和封装四种设备。极电光能150MW钙钛矿光伏生产线投资约2亿元，而协鑫光电的10OMW钙钛矿光伏生产线投资约为1亿元，仍存在较大下降空间。

钙钛矿产线设备成本结构占比情况

资料来源：公开资料整理

钙钛矿电池原料用量少，不稀缺；其关键技术壁垒将建立在设备端。国产设备厂商德沪涂膜、捷佳伟创、晟成光电、迈为股份、众能光电等积极布局钙钛矿电池设备研发。其中主要设备为钙钛矿印刷设备及真空镀膜设备，2022年7月捷佳伟创钙钛矿太阳能电池生产的关键量产设备“立式反应式等离子体镀膜设备”(RPD)通过厂内验收，将发运给客户投入生产。RPD设备制备薄膜，对钙钛矿层轰击较小，预计该设备将用于第二电荷传输层的制备。

钙钛矿设备主要布局企业

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四、钙钛矿电池产业预期

钙钛矿产业化于2022年启动，国内产能接近35MW。钙钛矿电池的理论效率和低成本是学术界的共识，随着产业技术和设备持续发展，钙钛矿产能快速扩张，从2024年开始快速提升，预计于2026年达到30GW级别。同时随着钙铁矿整体组件需求持续增长，相关产线和设备需求将持续扩张，预计2026年我国钙铁矿新增产线市场规模可达75亿元。

2022-2026年中国钙钛矿组件产能变动预测

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2022-2025年钙钛矿新增产量市场规模预测

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五、钙钛矿电池企业扩产规划

生产领域重要玩家融资过亿，中试线逐步建设。PSCs生产主要厂商协鑫光电、纤纳光电、极电光能均已完成超亿元融资，协鑫光电已投建全球首条100MW大面积组件中试线，极电光能也已开始建设150MW试验线，纤纳光电七次刷新小组件世界纪录，产业化发展欣欣向荣。国际上著名的钙钛矿电池研发企业有牛津光伏（Oxford PV）（钙钛矿/硅基叠层电池效率29.5%）和松下公司（Panasonic）（钙钛矿电池组件效率17.9%）等。

钙铁矿电池主要企业扩产规划

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六、钙铁矿电池主要问题及趋势

1、主要问题

量产难点在于设备端和工艺端尚未成熟，商业化难点在于实际应用场景中的长时间稳定性数据验证设备端来看，钙钛矿层之后的镀膜均匀性问题是量产的核心难点，RPD和蒸镀设备也有待成熟。工艺端来看，当前钙钛矿电池的生产工艺路线尚不统一，材料或设备上无法统一供应链而形成规模效应。

钙钛矿规模化量产面临主要问题

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2、发展趋势

对于钙钛矿组件企业来说，随着产业化进程加速和技术进步，钙钛矿组件未来的生产成本有望大幅降低，届时钙钛矿组件的产品竞争力将显著提升，市场份额也将不断提升。且凭借超高的光电转换效率，未来钙钛矿与晶硅叠层的电池技术有望成为光伏领域的终极技术形态。

来源：陈讲运清洁能源