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敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安 证 券研究所证券研究报告钙钛矿行业深 度：从0-1机遇与挑战并存，重视材料体系 演 进中 的 投资 机 会华安机械张帆 S0010522070003徒月婷 S00105221100032023 年3 月20 日敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告目录1 钙钛矿简述 第 三代 光伏电 池2 钙钛矿优势 降 本提 效潜力 巨大3 钙钛矿产业化 现状 从0-1 过 程 中，机 遇与挑 战并存4 钙钛矿设备梳 理 空 间广阔，百花 齐放5 投资逻辑及标 的梳 理6 风险提示WUBYxOsPtQqRqOmPtOqPpO9PcM9PoMnNoMsRkPoOpMiNsQqRbRoOuMwMtQqMvPnMrP敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所1.1 钙钛矿介绍光伏电池从第一代以晶硅为主，第 二代以薄膜 电池为主，典型 代表为铜铟 镓硒（CIGS）、碲化 镉（CdTe）电池，第三代为以钙钛矿为代表的新型太阳能电池。钙钛矿作为经典的材料体系，具有悠久的历史。1839年，在俄罗斯乌拉尔山脉，德国矿物学家GustavRose 发现 了矿 物质钛酸 钙CaTiO3，后将 结构式 为ABX3形式且 具有与CaTiO3相似晶 体结构 的材料统 称为钙钛 矿。自然 界中，钙钛矿材料分布广泛，种 类多样 且丰富，一般 为立方 体或者 八面体 形状且 具有光 泽。钙钛矿ABX3晶体结构 示意图资料来源：CNKI_ 钙钛矿型太阳能电池 制备方 法的研 究_赵 艳红、华 安证券 研究所 整理ABX3属于四方晶系。1 个金属B 原子与6 个卤素X 原子配位 形成BX6 八面 体结 构，A 原子被 周围 的共 享顶点 的8 个八面体骨架包围，在较弱的范德华力相互作用下保持结构稳定。A 代表一价有机或无机阳离子，如甲脒离子（HC(NH2)2+）、甲铵离子（CH3NH3+）、铯离子（Cs+）、铷离子（Rb+），或者 多种阳 离子 混合等B 代表二价金属阳离子，如铅离子（Pb2+）、锡离子（Sn2+），锗离子（Ge2+），或者多种 金属 离子混 合等X 代 表 一 价卤素 阴离子，如溴离子（Br-）、碘 离子（I-）、氯离子（Cl-），或 者多种 卤素 离子混 合等。敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所1.2 钙钛矿太阳能电池工作原理钙钛矿 太阳 能电池 的工作 原理：光照 条件下，钙钛 矿材料 吸 收光 子，电子从 价 带跃 迁到 导带，随 后以 极快 的速度 注 入到 电子 传输层ETL，对应空穴被传输至空穴传输 层HTL；然后电子和空穴被电极收集，接上负载后，电 池便可对外做功，具体来看主要分为以下5 个过程：41、光子吸收过程：受到太阳光辐射时，电池的光吸收层材料吸收光子产生受库仑力作用束缚的电子-空穴 对，即激子；2、激子扩散过程：激子产生后不会停留在原处，会在整个晶体内运动。激子的扩散长度足够 长，激子在运动过 程发生复合的几率 较小，大概率可以 扩散到界面处；3、激子解离过程：钙钛矿材料的激子结合能小，在钙钛矿光吸收层与传输层的界面处，激子 在内建电场的作用 下容易发生解离，进而成为自由载流 子；4、载流子传输过程：激子解离后形成的自由载流子，其中自由电子通过电子传输层向阴极传输，自 由空穴 通过空 穴传输 层向阳 极传输；5、电荷收集过程：自由电子通过电子传输层后被阴极层收集，自由空穴通过空穴传输层后被 阳极层收集，两极 形成电势差，电池 与外加负载构成闭 合回路，回路中形成电流。平面正式结构电池工作原 理资料来源：适于高性能太 阳能电 池的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜及其器件研究、华 安证券 研究所敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所1.3 钙钛矿材料的特征钙钛矿类材料的光学照片资料来源：CNKI_ 钙钛矿型太阳能电池 制备方 法的研 究_赵 艳红、华 安证券 研究所 整理特征 具体表 述载 流 子结合 能较小半导体材料具有的载流子 结合能 越低越 容易分 离出电 子-空穴对的特性。钙钛矿材料CH3NH3PbI3的载流子结合能为202meV，而大多数 半导体 材料该 数值在200meV左右。介 电 常数较 大钙钛矿材料CH3NH3PbI3的介电常数为6.5，而其它 的半导 体材料的介电常数相比之下 就要小 得多，介电常 数数值 一般在3左右。载 流 子的迁 移率 和 迁移速 度都较大钙钛矿材料分离下来的空 穴和电 子有效 质量都 较小，所以载流子对的 迁移速 度 会比较大，有利 于 载流子对 的传输 和 收集。吸 收 系数较 高吸收系数越高，材料的吸 光能力 越强。钙钛矿 材料CH3NH3PbI3在可见光波长范围内都有良好的吸光能力，在360nm 波长处，其吸 收系数 达到了4.3105cm-1。浅 缺 陷能级通常深能级的缺陷降低载 流子寿 命，而 钙钛矿 材料中 主导的缺陷为浅能级，对载流子 寿命影 响较低，进而 使其具 有较大的扩散长度。钙钛矿材料 对缺陷 容忍度 高。钙钛矿材料的特征资料来源：钙钛矿_ 黑硅叠 层太阳 能电池 的制备 及性能 研究、华安证 券研究 所整理资料来源：Science China Materials、华安证券研究所整理钙钛矿电池能级图示5敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所1.4 钙钛矿太阳能电池结构 钙 钛矿电池 结构：钙 钛矿太阳 能电池是 层状结构，主要包 括金属对 电极、空 穴传输层、钙钛矿吸 收层、电 子传输层 和透明导 电玻璃，常见的钙钛矿电池 结构有正式结构（也称n-i-p 型）结构 和反式结构（也称p-i-n 型）两种，两种 结构的区别是传 输 层位置相反，传输方向不同。考虑到材料的可选性和大 规模量 产的可 行性，目前主 流是用 反式平 面结构。资料来源：中国科学、华 安证券 研究所 整理钙钛矿太阳能电池的3种 典型结 构图(a)正式介孔结构;(b)正式平面结构;(c)反式平面结构6敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所1.5 钙钛矿电池各层结构及特点膜层 功能 特点 常用材 料透明导电基底电池的衬底层，电池器件 的各层 都基于导电玻璃上。它一般由玻 璃和附 着在其上的高透光导电薄膜组成1.透光性必须要很好2.功函数要与其上面的传输 层相匹 配，如 果带阶 相差太 大，电 池内部的载流子会发生严重 的复合 现象从 而削弱 电池光 电性能3.其电阻要选择合适的数值，太大 会增加 电池内 部电阻，太小 需要增加导电薄膜厚度，削 弱薄膜 透光率。一般 在12-14内为 佳工业上一般以FTO 或ITO 导电 玻璃为主电子传输层高效传输电子，阻挡空穴 向阴极 方向移动，避免空穴-电子对 分离不 彻底从 而造成载流子在电池内部积 累1.与钙钛矿层达成合格的能 级匹配，它影 响着电 荷的注 入和复 合2.有足够小的缺陷态，它影 响电荷 的复合 和传输3.有较高的电子迁移率，它 影响着 电荷的 传输和 收集4.有较光滑的表面形貌，影 响钙钛 矿薄膜 质量和 界面接 触5.有较好的光透过率（正式）主要包含TiO2、SnO2、Al2O3等 金属氧化物和一些有机物材料光吸收层位于中心位置，主要负责 吸收能 量高于其带隙的光子，并在该层 生成载 流子对1.吸光系数高、空穴扩散长 度长2.成本低廉、工艺简单、可 大面积 制备和 低温处 理甲胺碘化铅（MAPbI3）和甲 脒碘化 铅（FAPbI3）空穴传输层传输空穴载流子，并阻挡 电子在 该层的迁移，同时该层还起到了 防止钙 钛矿层与电极直接接触引起电池 内部电 路短路的作用1.空穴转移速率须很快2.合适的带隙与钙钛矿吸光 层相匹 配3.有较好的光透过率（反式）主要可分为以Spiro-OMeTAD、PTAA、PDPPDBTE 等为代表 的有机 类材料和以NiO、CuI、CuSCN、CuO、Cu2O等为代表的无机类材料金属对电极收集空穴或电子载流子1.优异的导电性2.合适的带隙从而与空穴传 输层或 电子传 输层相 匹配通常是Au、Ag、Al 等导电金属，正结钙钛矿电 池一般 采 用Au 作为电极 材料，反结钙钛矿电池一般采用Ag 作为电极材料资料来源：钙钛矿_ 黑硅叠 层太阳 能电池 的制备 及性能 研究、华安证 券研究 所整理7敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所1.6 钙钛矿电池应用场景8资料来源：能源百科、华 安证券 研 究 所 BIPV：钙 钛矿电池 具有轻薄、透光性 强、颜色可 调的特 点，适用于BIPV；BIPV 市场空 间广阔，有望成为钙钛矿首 选应用 市场。地 面 电站：钙钛矿 与晶硅 叠层电 池有望 率先实 现突破。车载光伏：钙钛矿电池具有轻薄、透光性强、颜色可调、柔性化的特点，在车载光伏领域应用空间较大。目前已 有部分 车企进 入钙钛 矿领域。室内光伏：理论预测表明，光学带隙1.6eV 的PSCs 在荧光灯或白光LED 照明下可实现高达50%的光电转换效率。BIPV车载光伏资料来源：A2-solar、华安证券 研究所室内光伏资料来源：x-mol、华安证券研 究所地面电站资料来源：索比光伏网、华安证 券研究 所敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告目录1 钙钛矿简述 第 三代 光伏材 料2 钙钛矿优势 降 本提 效潜力 巨大3 钙钛矿产业化 现状 从0-1 过 程 中，机 遇与挑 战并存4 钙钛矿设备梳 理 空 间广阔，百花 齐放5 投资逻辑及标 的梳 理6 风险提示敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所2.1 光电转化效率高10理论光电转换效率高。钙钛矿太阳能电池（PSCs）单结 理论最高转化效 率可达31%，高于 晶 硅电池的29.4%。当前量产 效率 接近15%，向18%迈进。长期来看，叠层将进一步打开效率天花板，其中钙钛矿三节叠层电池转换效率 最高可 突破40%。钙钛矿电池转换效率提升迅速。单晶 硅及多晶硅电池转换效率提升走过漫长的路程，而钙钛 矿效率 在近10年来 显著提 升，发 展迅猛。截至2022 年不同类 型电池 最高效 率资料来源：SOLARZOOM、北极星太阳能光伏 网、晶科及红太阳公 司公 众号、集邦 新能 源网、华 安证券 研究 所整 理资料来源：Enecoat、华安证券研究所整理不同类型太阳能电池转换 效率发 展时间 电池类 型 效率记 录 公司/团队2022.12 TOPCon 电池 26.40%晶科能源2022.12 HJT 电池 26.56%隆基绿能2021.12 正式电池 25.70%韩国蔚山国家科学技术研究所（UNIST）2022.09 反式电池 25.37%NREL 朱凯、托莱多大学鄢炎发团队2022.12钙钛矿-晶硅叠层电池32.50%德国柏林亥姆霍兹研究中心（HZB）29.4%24.5%27.5%28.7%31.0%35.0%45.0%0%5%10%15%20%25%30%35%40%45%50%晶体硅太阳能电池普通单晶硅电池HJT 电池 TOPCon电池 钙钛矿单节电池晶硅/钙钛矿双节叠层电池钙钛矿三节叠层电池资料来源：德沪涂膜设备、华安证券研究所整理不同类型太阳能电池理论 极限电 能转换 效率敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所2.2 综合成本下降空间大11 从 综 合成本 看，钙 钛矿总 成本约 为5-6 毛/W，是 晶硅极 限成本 的50%。材料占比少：钙钛矿 在 其组 件成 本中仅 占5%，而 晶硅 电池 片 在其 组件 中占比 达到61.2%。硅片的 厚度 通常 为100-180 m，纯度要求高；钙钛矿电池原材料储 量丰富，可由 人工合 成，且 原料用 量少，厚度大 概是0.3m。能耗低：晶硅纯度 需要达到99.9999%（6-7 个9），且需 要反复提纯，消耗大量资源。钙钛矿纯度要求95%，远低于晶硅电池，晶硅单瓦能耗1.52KWh，钙钛 矿单瓦 能耗仅 为0.12KWh，只有晶 硅的1/10。玻璃及其他封装材料,32%电极材料,37%钙钛矿,5%能源动力,14%固定资产折旧,9%人工成本,3%钙钛矿组件成本构成晶硅光伏组件成本构成资料来源：易达光电、华 安证券 研究所 整理 资料来源：全球光伏、华 安证券 研究所 整理电池片,61.2%铝边框,9.0%EVA,8.4%玻璃,7.1%背板,焊带,接线盒2.6%其他,3.8%敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所2.3 产线投资低，生产流程短12钙钛矿工艺流程简 单，产业链显著缩 短。晶硅电 池在四 个不同工厂内分别 加工硅料、硅片、电池、组件，此过 程需要至少耗时3 天。而钙钛矿太阳能电 池的生产流程简单，仅需要一条300 百 米长的全自动生产 线，就能实现从原 材料光伏玻璃的磨 边清洗，到化合 物半导体薄膜的制备，再到最后光伏组件成品封装测试的完整生产流程。根据协鑫纳米披露，可在45分钟内将玻璃、胶膜、靶材、化工原料在单一工厂内加工 成为钙 钛矿组 件，产 业链显 著缩短，价值 高度集 中。产线投资成 本低。光伏企业 投资1GW 产能晶硅 电池，需 要建四个 工厂，硅料、硅片、电 池和组 件，合 计投资 金 额超过9 亿元；投资1GW 产能钙钛矿电池仅 需1个 工厂，投 资金额 仅约5 亿元，其投 资强度 仅为晶 硅的一 半。单晶硅组件与钙钛矿组件 工艺对 比资料来源：东方富海、华 安证券 研究所 资料来源：险峰、华安证 券研究 所晶硅路线与钙钛矿路线生 产流程 对比敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告目录1 钙钛矿简述 第 三代 光伏材 料2 钙钛矿优势 降 本提 效潜力 巨大3 钙钛矿产业化 现状 从0-1 过 程 中，机 遇与挑 战并存4 钙钛矿设备梳 理 空 间广阔，百花 齐放5 投资逻辑及标 的梳 理6 风险提示敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所3.1 钙钛矿太阳能电池效率进展14时间 研发团队 改进 转换效率2009日本科学家Tsutomu Miyasaka率先将钙钛矿材料用于染料敏化太阳能电池作为吸光材料3.80%2011韩国成均馆大学Nam-GyuPark 课题组技术改进 6.50%2012牛津大学Henry SnaithHE 和Mike Lee 课题组引入了空穴传输材料Spiro-OMeTA，实现了钙钛矿电池的固态化10.00%2012 牛津大学Henry Snaith将电池中的TiO2用铝材（Al2O3）进行了代替15%2016 瑞士洛桑联邦理工学院 进一步改进 19.60%2018中国科学院半导体研究所研究员游经碧课题组提出有机盐钝化钙钛矿表面缺陷的方法23.70%2019.4韩国化学技术研究所（KRICT）利用溶液旋涂法制备出一种新型钙钛矿材料24.20%2021韩国蔚山国家科学技术研究所（UNIST）锡（IV）氧化物（SnO2）电子传输层和卤化物钙钛矿层之间通过将氯键合的SnO2与含有氯的钙钛矿前体耦合25.50%2021 韩国蔚山国立科学技术研究院（UNIST）25.70%电池类型 团队 电池效率 认证机构 时间正式电池韩国蔚山国家科学技术研究所（UNIST）25.70%NREL 2021.12反式电池NREL 朱凯、托莱多大学鄢炎发团队25.37%NREL 2022.09钙钛矿-晶硅叠层电池德国柏林亥姆霍兹研究中心（HZB）32.50%NREL 2022.12钙钛矿-钙钛矿叠层电池仁烁光能 29%JET（日本电气 安全环境研究所）2023.01钙钛矿-CIGS叠层电池德国柏林亥姆霍兹研究中心（HZB）24.20%NREL 2020柔性电池香港城市大学朱宗龙团队&中科大杨上峰团队23.35%福建省计量科学研究院2022.11钙钛矿转换效率持 续突破。十多年来 经过不断的改进 变 革，钙钛矿转换 效 率从最初的3.8%提升 到25.7%，其他各 种结构的钙钛矿 电池效率也在不断打破纪录。资料来源：北极星光伏网、全球 光伏、索比光 伏网、华安证 券研究 所整理 资料来源：协鑫光电、NREL 官网、华安证券 研究所 整理截至2022年 不同结 构类型 钙钛矿 电池最 高效率 单结钙钛矿太阳能电池转 换效率 发展历 程敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所3.2 钙钛矿电池产业化进展15公司 规模（GW）产线类 型 状态 备注协鑫光电0.01 中试线 2017 年已建成 投资7000 万元0.1 量产线 2021 年量产 产能和工艺稳定 后，目标 转化效 率超 过18%，面 积1m2m1 量产线 2024 年量产5-10 量产线 2025 年建设纤纳光电0.1 量产线 2022 年达产1 量产线 2023 年有望投产 2024 年上半年跑 通，组件 效率提 升至20%左 右，面积1.2m2m极电光能0.15 试产线 2022 年底投产运 行 2021 四季度启动 建设，总 投资超2 亿1 量产线 2024 年达产计划2023 年初投 入50 亿 建设6GW 产能5 量产线 2025 年全部达产万度光能0.2 大试线 2021 在建总投资60 亿元，可印 刷介 观钙钛 矿太 阳能 电池 生产 基地 项目10 量产线 规划中众能光电 0.2 生产线 在建无限光能0.01 中试线 在建0.1 量产线 2024 年建成光晶能源0.01 小试线 2022 年建成 30cm30cm 组件，目标 效率20%0.1 中试线 2023 年投建，2024 达产 60cm120cm 组件脉络能源 0.1 量产线 设计中 2022 年建成并运 行一 条中 试线仁烁光能0.01 中试线 2023 年已全线跑 通 新 型钙钛矿 叠层 电池，组 件尺寸30cm40cm0.15 量产线 建设中，预计2023 年 四季 度投产 新 型钙钛矿 叠层 电池杭萧钢构(合特光电)0.1 中试线 2023 年5 月中旬投 产 钙 钛矿/晶硅 薄膜 叠层 电池，电池 目标 转化 效率 达到28%以上宝馨科技0.1 试验线 规划中 钙 钛矿电池 或 钙钛矿-HJT 叠层 电池 产线1 量产线 规划中大正微纳0.01 试产线 在建 全球首家量产40cm*60cm 柔 性钙钛 矿组 件，已 投资8000 万元0.1 量产线 规划中 计划再投资2 亿 元人 民币金昌鑫磊鑫半导 体 1 量产线 建设中 钙 钛矿薄膜 光伏 组件。项 目总投 资10.36 亿元，占 地面 积约320 亩，分两 期建 设总计 26.55-31.55 截至2022 年底产 能0.37GW，23 年 新增0.34GW，24 年 新增3.6GW，25 年 新增7.8GW资料来源：各公司公告、各公司 官网、各公司 公众号、北极 星光伏 网、华 安证券 研究所 整理敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所3.3 钙钛矿产能测算162022 2023E 2024E 2025E 2026E协鑫光电 0.1 0.1 0.1 1.1 6.1-11.1杭州纤纳 0.1 0.1 1.1 3.1 3.1极电光能 0.15 0.15 1.15 4.15 10众能光电 0.0003 0.0003 0.2 0.2 0.2万度光能 0.2 2 10大正微纳 0.01 0.11 0.11 0.11 0.11仁烁光能 0.01 0.15 0.15 0.15 1.15无限光能 0.1 0.1 0.1杭州鑫磊半导 1 1 1合特光电（杭萧钢 构子公 司）0.1 0.1 0.1 0.1宝馨科技 0.1 0.1 1钙钛矿产能总计 0.37 0.71 4.31 12.11 32.86-37.86资料来源：各公司官网，各公司 微信公 众号，北极星 太阳能 光伏网，华安 证券研 究所整 理注1：众能光电、大正微纳、无限 光能、鑫磊半 导及合 特光电 在2025年后暂 无规划注2：合特光电在建钙钛矿/晶硅叠 层电池 中试线，宝馨 科技将 完成钙 钛矿-异质 结叠层 电池实 验线钙钛矿产 能不完 全统计（GW）敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所17钙钛矿材料稳定性、大幅面制备及 高 效率是钙钛矿商 业 化的主要瓶颈，学 术界和产业界正 在 针对性的解决。光伏始终是降本为导向，因此钙 钛矿的 发展方 向也将 沿着安 全稳定 地提效 降本去 突破。3.4 钙钛矿产业化的挑战及应对方向 进展 应对方法稳定性纤纳 组件已顺利通 过IEC61215、IEC61730稳定 性全体系认证。更多稳 定 性的 数 据仍 待 积累 与 验证。由于钙 钛矿材 料受水 氧、温 度、紫外光 等等不 利因素 影响，稳定性仍需行业获 得 更多 量 产数 据。在材料体系、后处 理、封 装 等方 面提高稳定性等大幅面协鑫光电选取1m*2m幅面，其他企 业的幅 面不一，现阶段大幅面带来效 率 降低。晶硅219 尺寸66 片 组件版型尺寸为2.4*1.3m，钙 钛矿大 幅面制 备然后 激光切 割串联为其成本优势 的 一大 来 源，因 此在 大 幅面 与 高效之间如何获得平衡 是 一大 挑 战。提高制备及结晶均 匀 性，稳 定大 幅面的良率及效率等高效率实验室效率不断突 破，协 鑫 光电 以18%左右 为近期 的大 幅面效 率目标。效率 提升 将带来 电池成 本大幅 下降，而钙钛矿材料的优 势 之一 即 为效 率 天花 板 高。材料体系改善，优 化 组件 设 计等低成本按照目前头部企业 中 试线 情 况测 算,钙 钛矿单 瓦总成 本约2 元/W，远期极限成本有望降至 0.6 元/W 上下提高效率、寿命、产 能利 用 率、良率，规模化降低材 料 及设 备 成本不同情况下钙钛矿成本拆 分钙钛矿产业化挑战梳理资料来源：纤纳光电官网、全球光伏、中国电力网、华安证券研究所整理资料来源：全球光伏、华安证券研究所敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所3.4 钙钛矿产业化的挑战及应对稳定性影响因素影响机理水氧 H2O 的存在，CH3NH3PbI3薄膜会逐步 分解温度CH3NH3PbI3在100 下加热2 0m i n 会分 解为PbI2、CH3NH2和HI。不同温 度下，钙钛矿 所形成 的的晶 体结构 不同，相的转 变会改 变钙钛矿材料的带隙结构，进而影 响材料 的稳定 性。除 此之外，温度 也会引 起钙钛 矿材料 形貌发 生变化。光照 光照对钙钛矿材料稳定性 的影响 难以避 免且更 为复杂，包括 光照引 起钙钛 矿材料 的分解、材料 的相变 和材料 内部的 相分离 等。传输层和电极材料1.正式结构中通常选择氧化 钛、氧 化锌和 一些掺 杂金属 氧化物 作为电 子传输 材料。在光照 情况下TiO2和ZnO 会产生 光生空 穴并催化分解钙钛矿材料，而 且酸性ZnO 具有腐蚀 作用，加速钙 钛矿材 料的分 解和器 件的老 化。2.Spiro-OMeTAD 是一种广 泛应用 的空穴 材料，但钙钛 矿材料 中的I-扩散 进 入到Spiro-OMeTAD 之后，会降 低其电 荷传输 性能。3.现阶段最常用的电极材料 为金、银、铝 等。金 属原子 可以通 过扩散 作用进 入到钙 钛矿层 中，引 起钙钛 矿材料 发生分 解，而 且光伏效应所形成的内建电 场会加 剧原子 的扩散。钙钛 矿材料 中的卤 素离子，也会 扩散到 金属电 极，并 造成电 极材料 的腐蚀。离子迁移与半导体硅材料不同，有 机-无机杂 化钙钛 矿材料 具有明 显的离 子特性，容易 发生离 子迁移，可以 导致点 缺陷或 杂质的 聚集，改变薄膜的电学性质。提 高 稳定性 方法 具体方 法提 升 器件内 部稳定 性提 升 钙钛矿 材料的 稳定性：（1）混合 阳离子 和卤化 物阴离 子钙钛 矿材料（2）有机聚 合物或 无机物 掺杂的 钙钛矿 复合材 料（3）二维-三维钙钛矿复合材料。优 化 传输层 材料：如在反 式结构 中，用 薄层的Ti 层取代 电子传 输材料，设计 出ITO/PTAA/MAPbI3/Ti/Cathode 结构的器件等。优 化 电极材 料：如 用Cr2O3/Cr 取代Ag 作为钙钛 矿电池 的电极 材料等。增加缓冲层，优化器件结 构等：在电子、空穴 传输材 料一侧 增加缓 冲层。后 处 理工艺 例如：用硫氰酸胍和氯化 甲胺作 为后处 理剂，钝化钙 钛矿表 面和晶 界中的 缺陷。利 用 封装工 艺 为降低环境因素的影响，合适的 封装材 料和工 艺是提 高稳定 性必不 可少的。常用 的封装 材料为 玻璃基 板、EVA 塑料、POE 塑料和 丁基胶 等。钙钛矿太阳能电池稳定性 的影响 因素及 机理资料来源：钙钛矿太阳能电池稳定性研究进展及模组产业化趋势、华安证券研究所资料来源：钙钛矿太阳能电池稳定性研究进展及模组产业化趋势、华安证券研究所提高钙钛矿太阳能电池稳 定性的 方法钙钛矿太阳能电池稳定性 的影响 因素资料来源：钙钛矿太阳 能电池 的性能 优化及稳定性研究、华安证券 研究所18敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告目录1 钙钛矿简述 第 三代 光伏材 料2 钙钛矿优势 降 本提 效潜力 巨大3 钙钛矿产业化 现状 从0-1 过 程 中，机 遇与挑 战并存4 钙钛矿设备梳 理 空 间广阔，百花 齐放5 投资逻辑及标 的梳 理6 风险提示敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所4.1 钙钛矿生产工艺20协鑫光电正计划启动100MW 的钙钛矿电池产线，从公布的工艺流 程图看，整个 工艺 需要9 步，钙钛矿组 件产线主 要设备分 为四部分：PVD设备、涂布设备、激光设备及封装设备。其生产工艺包括制备空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、电极及激光划线等部分。资料来源：赶碳号科技公众 号、华安证 券研究 所协鑫钙钛矿工艺流程图资料来源：立鼎产业研究 网、华 安证券 研究所 整理钙钛矿电 池制备 流 程及相应 设备（平 面反式）敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所目前还 没有 钙钛 矿GW 级 产线 设备 招标，所以 参考 协鑫100MW 产线 的设备 投 资额 进行 测算，整条 产线 造价1.2 亿元，纯设 备不 含厂 房装 修。我们假设 镀膜设备占比70%，涂布设 备占比10%，4 台激 光设备一共占比10%，封装及自动化、检测设备占比10%，测 算得 到：截至2026年钙钛矿设备空间共164.3-189.3 亿元，2026年钙钛矿设 备市场 空间预计103.75-128.75亿元。4.2 钙钛矿设备空间测算212022 2023E 2024E 2025E 2026E钙钛矿产能合计（GW）0.3703 0.7103 4.31 12.11 32.86-37.86钙钛矿新增产能（GW）0.34 3.5997 7.8 20.75-25.75单GW 设备投资额（亿元/GW）12 9 6 5钙钛矿设备总市场空间（亿元）8.5236 38.79 72.66 164.3-189.3钙钛矿设备新增市场空间（亿元）4.08 32.40 46.80 103.75-128.75新增设备中：镀膜设备（亿元）2.86 22.68 32.76 72.625-90.125涂布设备（亿元）0.41 3.24 4.68 10.375-12.875激光设备（亿元）0.41 3.24 4.68 10.375-12.875封装及自动化、检测设备（亿元）0.41 3.24 4.68 10.375-12.875钙钛矿主要环节设备空间测算资料来源：协鑫光电官网，华安 证券研 究所测 算敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所4.3 钙钛矿层生产方法及设备22 钙钛矿光吸收层：位于中心位置，吸收能量高于其带隙的光子并在该层生成载流子对。目前最常见的钙钛矿层材料为甲胺碘化铅（MAPbI3）和甲脒碘化铅（FAPbI3）在早期研究阶段，传 统器件薄膜制备的 一步旋涂法 最 早应用，而后在此基础上开发 出一步反溶剂法。同 时还有两步旋涂法（相互扩散法）制备钙 钛矿薄膜。但他们制备出的钙钛矿薄膜往往是小面 积的。刮 刀 涂 布 和 狭缝涂 布法是 目前产 业化应 用较多 的工艺，而热 蒸法是 硅/钙 钛矿叠 层电池 比较主 流的工 艺。目前，钙钛矿薄膜的产业化制备技术可分为四大类：软膜覆盖法 溶液涂布法：由涂布装置带动钙钛矿 前驱体 溶液在 基底上 相对运 动，由 液体的 表面张 力和基 底接触 形成一 层均匀 薄膜 通过在喷头内部施加压力的方法将钙 钛矿前 驱体溶 液从喷 头内挤 出并在 基底上 成膜的 方法 基于固态材料的气象沉积技术资料来源：钙钛矿太阳 能电池 稳定性 研究进 展及模 组产业 化趋势、华 安证券 研究所 整理大面积钙钛矿薄膜制备技 术对比方法种类 具体方法 工艺简述 优点 缺点 图示软膜覆盖法 软膜法不依赖于常见的溶剂，也不需要真空环境。在压力下用聚酰亚胺膜（PI）覆盖的方式将胺络合物前驱体快速转化为钙钛矿薄膜无针孔且高度均匀，器件迟滞较小。可以在低温空气中进行，便于大面积钙钛矿器件的制备，无需溶液材料利用率低，生产效率低敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所4.3 钙钛矿层生产方法及设备23方法种类 具体方法 工艺简述 优点 缺点 图示基于溶液涂布法刮刀涂布法利用刮刀将钙钛矿前驱体溶液分散到基底上，所制备钙钛矿薄膜的厚度由前驱体溶液浓度、刮板与基底缝隙宽度和刮涂的速度决定。易于大面积制备，无需复杂设备溶液利用率低，敞开环境下溶液均一性差狭缝涂布法通过控制系统进行狭缝宽度、移动速度和输液速度的调整，对薄膜质量进行更精细化调控。可以将溶液密封在储液罐中，既能够提高溶液利用率，又能保证溶液浓度的统一和减少对操作人员的影响。易于大面积制备，成产效率较高对设备精确度要求较高丝网印刷法通过丝网的数目和厚度调整制备薄膜的厚度，对丝网制备要求较高易于大面积制备，涂覆过程简单溶液利用率低，对丝网精度要求较高资料来源：钙钛矿太阳 能电池 稳定性 研究进 展及模 组产业 化趋势、华 安证券 研究所 整理大面积钙钛矿薄膜制备技 术对比敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所4.3 钙钛矿层生产方法及设备24资料来源：钙钛矿太阳能 电池稳 定性研 究进展 及模组 产业化 趋势、华安证 券研究 所整理方法种类 具体方法 工艺简述 优点 缺点 图示由喷头内的压力带动钙钛矿前驱体溶液喷出，在基底上形成一层薄膜喷涂法喷涂法中常用的喷头有高压气喷头和超声喷头等。易于大面积制备，喷涂过程简单溶液利用率低，可重复性较差喷墨打印法利用喷头内部压电材料形变将溶液挤出，按照预设程序进行相对运动，可以按要求制备不同图案。避免了制版的过程，提高了钙钛矿原料的利用率。材料利用率高，实现定制化生产设备要求高，生产效率低，难以控制结晶过程基于固态材料的气象沉积技术气相沉积法在真空环境下，通过蒸镀的方法制备钙钛矿薄膜。相对于溶液法制备，气象沉积的方法可以通过控制蒸发源，精确调控钙钛矿中各组分化学计量比，并且可以保证薄膜的均一性。薄膜质量较高，可精准调控真空气相沉积需要使用价格高昂的真空设备，而且需要较久的抽真空时间。生产效率低，成本高大面积钙钛矿薄膜制备技 术对比敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所4.4 钙钛矿层制备工艺的专利布局制备工艺 布局公司旋涂机（实验室级别）协鑫光电 纤纳光电 无限光能 众能光电 大正微纳狭缝涂布机 协鑫光电 纤纳光电 无限光能 极电光能 万度光能刮刀涂布机 协鑫光电 纤纳光电喷涂机 协鑫光电 纤纳光电CVD 纤纳光电 极电光能丝网印刷机 众能光电 万度光能热蒸镀机 协鑫光电 纤纳光电 无限光能 极电光能资料来源：中国粉体网，华安证 券研究 所整理*图表为国内主要钙钛 矿企业 的不完 全统计25敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所 钝 化 或 连接层：ALD用于封装用的 氧化铝致 密层；如金属 电极替换 成ITO，ITO 使用溅 射 工艺，那么在电 子传输 层和ITO 之间需要 插入 一层致密的氧化 锡，这 一层用ALD 做合 适。（单结 钙钛矿）晶硅和钙钛矿连接位置需要一层ITO，这一层ITO 用ALD 做，上方会有一层氧化锡溅射。（钙钛矿-晶硅叠层）4.5 钙钛矿其他层生产方法及设备26 电子传输层：通常为TiO2、SnO2、Al2O3等金 属氧化物和一些有机物材料。可以用PVD（蒸镀、磁控溅射、离子镀）或涂布方法制备。在反式结构中，用RPD 沉 积电子传输层以 减 少PVD 高能量对钙钛矿层的损伤。空穴传输层：目前最 常 用的空穴传 输层材料 主 要可分为以Spiro-OMeTAD、PTAA、PDPPDBTE 等 为代表的 有机类 材料，和以NiO、CuI、CuSCN、CuO、Cu2O等为代表的无机类材料。也可以用PVD（蒸镀、磁控溅射、离子镀）或涂布方法制备。透明电 极层：通常是N型氧化物半导体氧化铟 锡（简称为ITO）或者 掺杂F 的SnO2（简 称为FTO）。TCO玻璃基板可以直接采购，或在玻 璃基底上采用PVD 制备 透明导电层，较为成熟。背电极层：通常是Au、Ag、Al 等导电金属，一般通过热蒸镀法或磁控溅射法制备得到。类型 镀膜方 法 优点 缺点物理气相沉积蒸镀 工艺成熟，设备较完善，低熔点 金属蒸 发效果 高1.被覆基件的蒸气压不能太 高，零 件大小 受到真 空槽大 小的限 制2.蒸发的原子沿直线飞行，隐蔽的 部位不 能被镀 覆3.为了增加镀层结合力，蒸 镀过程 中零件 必须加 热磁控溅射减小了电子冲击基板发热 造成的 恶劣影 响，同 时有效地利用了气体的离子化。沉积 速率高、基片 的温升低、对膜层的损伤小1.设备结构的复杂2.靶材利用率低下3.等离子轰击会造成电池性 能下降 或不稳 定离子镀1.膜层与基体的结合力好，通常无 需光饰 加工，2.膜层厚度很均匀，沉积膜 层纯度 很高3.被镀基体材料和镀层材料 可广泛 搭配基板必需是导电材料，并 且镀膜 时基板 的温度 会升高 到摄氏 几百度不适宜沉积厚度均匀的大 面积薄 膜溶液法 涂布易于大面积制备，具有性 价比优 势，效 率高于 蒸镀法1.膜层质量（化学一致性）仍有待 提高2.设备、工艺均尚需完善电子传输层、空穴传输层制备技术对 比资料来源：现代表面处 理新工 艺、华安证 券研究 所整理敬请参阅末页 重要 声明 及评 级 说明证券研究报告华 安证券研 究所4.6 钙钛矿-激光为标配设备，精度要求提高 激光工艺 涉及到整个钙钛矿薄膜电池的制备流程，功能重要度较高。激光设备 精 度 提升可以有效减小死区面积。根据极电光能专利：P1:通过对底电极层进行P1 激光刻蚀，并标记P2 刻蚀和P3 刻蚀定位点；P2:形 成第一载流 子传 输层、钙钛 矿光响应 层 和第二载流 子传输层 并 基于P2 刻蚀定位点进行P2 激光刻蚀；P3:形成顶 电极层 并基 于P3 刻蚀 定位点 进行P3激光刻蚀，得到 具有串 联结构的钙钛矿电池组件。P1 激光 刻蚀、P2 激 光刻 蚀和P3 激 光刻蚀 中分别 独 立地利 用分光 系统对激 光光源发射出 的激光进行分光处理，以得到多条相互平行且垂直于待刻蚀层的子光束，同 时可结合聚焦刻蚀工艺利用 多条子光束形成同一刻蚀线或多条间隔布置的刻蚀线。钙钛矿激光刻蚀是0.3-0.5 微米的级别，加工精度的要求更高，以达到精确控制P1、P2 和P3 线的 线宽，降低钙 钛矿电 池的死区 面积，提高光 电转换效 率，简化刻蚀 工 艺，提高生产效率的效果。27激光刻蚀在钙钛矿电池中 应用资料来源：极电光能制 备钙钛 矿电池 的方法 及其用 途、华安证 券研究
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