光伏产业研究系列报告（5）：薄膜电池—历经周期洗礼，又到拐点时刻.pdf

HeaderTable_User 1376039218 2303564307 HeaderTable_Industry 13020400 看好 investRatingChange.same 173833568 深度报告 HeaderTable_StatementCompany 东方证券股份有限公司经相关主管机关核准具备证券投资咨询业务资格，据此开展发布证券研究报告业务。 东方证券股份有限公司及其关联机构在法律许可的范围内正在或将要与本研究报告所分析的企业发展业务关系。因此，投资者应当考虑到本公司可能存在对报告的客观性产生影响的利益冲突，不应视本证券研究报告为作出投资决策的唯一因素。 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 【行业证券研究报告】 Table_Summary 核心观点 薄膜电池是继晶硅电池之后出现的新一代电池技术，由于采用直接带隙半导体材料代替晶体硅发电，在理论上有更高的转换效率和更低的生产成本，并一度占据了性价比优势。 过去几年份额的萎缩主要由于薄膜电池技术壁垒极高，市场参与者较少，竞争不够充分。 近年来薄膜电池在生产工艺和新技术上都出现了巨大飞跃， CdTe 电池和钙钛矿电池的成果尤其突出，其生产成本有望低于晶硅电池，此外，薄膜电池可实现定制化生产，应用场景远多于晶硅，需求增长确定性较强。 与晶硅电池相比， 薄膜电池的核心技术掌握在生产商而非设备商手中，这一方面制约了薄膜电池行业的发展速度，另一方面也为企业构筑起宽阔的护城河，行业格局非常稳定 。晶硅电池 20 年的发展历程里尚未出现有持续竞争优势的龙头企业，薄膜电池则有机会成长出长 期的行业巨头。 在当前的各类薄膜电池技术中， CdTe 电池具备最高的性价比。 通过提高电池效率、加快生产节拍以及升级规格尺寸，最新型号的 CdTe 电池生产成本已降至 20 美分 /W 以下，比一体化的晶硅电池成本低 10%左右 ，并且仍有下降空间。此外， CdTe 电池的核心技术 完全由电池企业掌握 ， 而且其成本下降 主要通过技术提升而不是大量的资本投入 ，因此 CdTe 电池是一个极其鲜明的先发优势行业， 目前美国的 First Solar 独享 99%以上的全球市场份额，国内龙焱能源是唯一一家可以批量生产 CdTe 电池的企业 ，并在 BIPV 市场上地位稳固，这类龙头值得长期看好 。 钙钛矿电池于近年来兴起，理论成本远低于目前主流技术，但现在还面临着稳定性以及量产路线等问题。钙钛矿电池目前仍处于商业化早期，预计小批量阶段其生产成本有望降至 1 元 /W 以下。但 由于钙钛矿电池的物料要求和技术壁垒都低于其他电池路线，我们认为同时具备强大研发能力和工业设计能力的企业胜出概率更高 ，例如金风科技领投的牛津光伏（ Oxford PV）已经与电池设备龙头梅耶博格合作，计划在 2021 年前实现钙钛矿电池产业化。 投资 建议与投资标的 薄膜电池经过多年技术积累，目前 CdTe 电池 和钙钛矿电池的成本已经有较强竞争力。我们认为由于薄膜电池行业天然的高技术壁垒和非标特性，其对晶硅电池的替代或者颠覆将是一个漫长的过程，但在细分领域里的领军企业具备长期的成长性。 CdTe 技术建议关注全球最大的薄膜电池企业 First Solar（ FSLR）以及国内唯一实现 CdTe 组件量产的龙焱能源科技（未上市）；钙钛矿技术建议关注全球研发和工业设计能力最强的牛津光伏，国内风机龙头 金风科技 (002202，买入 )是其最大股东之一，协鑫纳米的主要关联公司保利协鑫（ 3800.HK，未评级）以及纤纳科技（未上市）。 风险提示 碲化镉电池降本不及预期 钙钛矿电池产业化进程低于预期 Table_Title 光伏产业研究系列报告（ 5）：薄膜电池 历经周期洗礼，又到拐点时刻 电力设备及新能源行业 Table_BaseInfo 行业评级 看好 中性 看淡 (维持 ) 国家 /地区 中国 /A 股 行业 电力设备及新能源 报告发布日期 2019年 07 月 01 日 行业表现 资料来源： WIND Table_Author 证券分析师 彭海涛 021-63325888-5098 penghaitaoorientsec 执业证书编号： S0860519010001 Table_Contacter 联系人 郑浩 zhenghaoorientsec Table_Report 相关报告 从 SNEC展会看光伏技术发展趋势 2019-06-11 光伏产业研究系列报告（ 4） :电池 从新兴到成熟，行业属性迎来历史性一跃 2019-03-27 光伏产业研究系列报告（ 3）： 2019 年展望 走过坎坷，走进曙色 2019-01-14 光伏产业研究系列报告（ 2）：硅片 路线之争尘埃落定，巨头厮杀仍将持续 2018-12-21 光伏产业研究系列报告（ 1）：多晶硅行业走进新时代，国产硅企夺取竞争优势 2018-11-04 -27%-13%0%13%27%18/0718/0818/0918/1018/1118/1219/0119/0219/03电力设备及新能源 沪深300有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电力设备及新能源深度报告 光伏产业研究系列报告（ 5）：薄膜电池 历 经周期洗礼，又到拐点时刻 2 目 录 薄膜太阳能电池：自成体系、技术壁垒高 . 7 简介：光吸收能力远胜晶硅，技术路线多种多样 . 7 潜在优势：低生产成本 &多应用场景 . 8 技术分类：二代技术看碲化镉，三代钙钛矿潜力大 . 10 发展历程：潮落潮又起，份额企稳有望反弹 . 11 碲化镉电池 ：雄心勃勃的挑战者 . 13 简介：产业化进展最快，行业龙头已确立绝对优势 . 13 性价比分析：成本优势反复易手，高壁垒是双刃剑 . 15 制备流程：产线高度集约，沉积方案是核心环节 15 成本对比：不充分竞争浪费 CdTe电池降本潜力 16 成本分析 ： “更高 （ 效 ）、 更大 （ 尺寸 ）、 更快 （ 节拍 ） ”是降本秘钥 18 定价 &利润率：发电量优势难掩效率短板，标准组件盈利能力依然受限 20 市场前景：传统市场份额迎来拐点， BIPV值得期待 . 21 竞争格局：从千帆竞发到一枝独秀，高壁垒铸就优格局 . 23 First Solar： CdTe电池领军者，蓄力五年再启扩张之路 23 龙焱能源科技：立足 BIPV市场，先强后大稳步发展 24 Calyxo：重要订单被取消，规模扩张遇困境 25 质疑：技术、原料、 Cd污染 . 26 钙钛矿电池：冉冉升起的超新星 . 27 简介：钙钛矿是个什么矿？ . 27 技术路线：单结 &叠层并行不悖，适用多元应 用场景 . 29 器件结构：正反向不分高下，多层介孔结构稳定性突出 29 前进方向：挑战晶硅 OR携手共进 30 性价比分析：成本优势突出，稳定性问题待解决 . 31 生产流程：原材料成本低廉，可采用液相法生产 31 成本解析：封装、电极构成成本主体，工艺优化是降本必由之路 32 商业化的 三道关卡：稳定性、大面积工艺和铅污染 . 33 稳定性 十年寿命是进入门槛 34 薄膜沉积工艺 对成本有决定性的影响 35 铅污染 看似无解 ， 其实可控 35 代表企业：产业化道路仍在探索，绑定优质设备商或是关键 . 36 牛津光伏：金风科技领投的钙钛矿领航者，绑定梅耶博格聚焦叠层电池 37 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电力设备及新能源深度报告 光伏产业研究系列报告（ 5）：薄膜电池 历 经周期洗礼，又到拐点时刻 3 苏州协鑫 /厦门惟华：国内钙钛矿产业化先驱，背靠协鑫实力不容小觑 38 纤纳光电：钙钛矿电池超新星，获得三峡资本强力支持 39 总结：份额止跌回 升，长期内有望走出超级巨头 . 39 份额： First Solar扩产计划明确，钙钛矿公司跃跃欲试 . 40 未来走势：碲化镉行业先发优势突出，钙钛矿想象空间无限 . 40 投资建议：碲化镉看龙头，钙钛矿观变化 . 41 风险提示 . 42 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电力设备及新能源深度报告 光伏产业研究系列报告（ 5）：薄膜电池 历 经周期洗礼，又到拐点时刻 4 图表目录 图表 1：太阳能电池分类 . 7 图表 2：薄膜电池活性材料吸光能力远高于晶体硅（ c-Si） . 8 图表 3：近 30 年来三种薄膜电池能量转换效率提升历史 . 8 图表 4： 碲化镉电池的产业链更短 . 8 图表 5：同样装机量薄膜组件发电量更高 . 9 图表 6：薄膜组件温度系数更低，更适合炎热地区 . 9 图表 7：晶硅组件主要用于光伏集成建筑（ BAPV） . 9 图表 8：薄膜光伏组件 更适用于光伏一体化建筑（ BIPV） . 9 图表 9：太阳能电池分类 . 10 图表 10：钙钛矿电池效率提升速度远远超过其他技术路线 . 11 图表 11：薄膜电池份额历史变化趋势统计 . 12 图表 12： 2000 年三类薄膜电池产量及份额统计 . 12 图表 13： 2008 年 三类薄膜电池产量及份额统计 . 12 图表 14： 2000 年以来薄膜电池份额变化趋势统计 . 13 图表 15： CdTe 电池能量转换效率提升情况统计 . 14 图表 16： 碲化镉薄膜电池结构 . 15 图表 17： CdTe 组件出货量统计 . 15 图表 18： 2018 年三家 CdTe 组件企业出货量估计 . 15 图表 19： 碲化镉薄膜太阳能电池生产工艺流程图 . 16 图表 20： First Solar 碲化镉组件产线 . 16 图表 21： CdTe 薄膜主要沉积技术及代表企业 . 16 图表 22： CdTe 组件与晶硅组件成本变动趋势 . 17 图表 23： 2004 年以来 First Solar 电池效率提升 1 倍以 上 . 17 图表 24： First Solar 电池降本速度远快于组件降本 . 17 图表 25： 2011 年以来晶硅光伏产业链上降价幅度普遍超过 80% . 18 图表 26：一条 40MWCdTe 电池产线主要参数 . 18 图表 27： CdTe 组件成本明细 . 18 图表 28： CdTe 组件生产成本相关要素敏感性分析 . 19 图表 29： CdTe 薄膜组件面积增加将带动电池成本快速下降 . 20 图表 30： 全球各区域当前组件价格（ $/W） . 21 图表 31： 碲化镉成本效率 与晶硅比较 . 21 图表 32：建筑光伏一体化不同类型 . 21 图表 33： 2018-2028 年 BIPV市场复合增速有望超过 30% . 22 图表 34： 晶硅组件玻璃幕墙室内效果 . 23 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电力设备及新能源深度报告 光伏产业研究系列报告（ 5）：薄膜电池 历 经周期洗礼，又到拐点时刻 5 图表 35： 薄膜幕墙室外效果 . 23 图表 36： First Solar 上市以来 营收及毛利率情况统计 . 24 图表 37： First Solar 研发成果路线图 . 24 图表 38： First Solar 上市以来营收及毛利率情况统计 . 24 图表 39： First Solar 上市以来资本开支情况统计 . 24 图表 40：龙焱能源 CdTe 电池产业技术水平稳步提升 . 25 图表 41：碲产量（吨）总体呈 增加趋势 . 26 图表 42：碲矿价格（元 /kg）近年来处于低位 . 26 图表 43：太阳能电池组件和其他能源的镉排放比较图 . 27 图表 44：硅电池 和碲化镉电池重金属排放比较图 . 27 图表 45： 2005-2018 年钙钛矿电池具有里程碑意义的研究进展统计 . 27 图表 46：典型的钙钛矿晶体结构（左）和钙钛矿电池（右）活性材料空间结构 . 28 图表 47： 一种典型的钙钛矿薄膜电池结构 . 28 图表 48： 钙钛矿电池效率提升速度显著高于主流技术 . 28 图表 49：钙钛矿电池的典型结构， a）介孔结构， b） n-i-p 平面结构， c） p-i-n 平面结构（ d）双层平面异质结结构 . 29 图表 50：各类钙钛矿电池结构极其代表器件转换效率 . 29 图表 51：苏州协鑫生产的 71x41 小组件 . 30 图表 52：苏州协鑫 100MW 钙钛矿组件成本拆分 . 30 图表 53：晶体硅 /钙钛矿叠层电池大幅提升太阳光利用水平 . 31 图表 54： 一 种钙钛矿 /晶硅叠层电池结构 . 31 图表 55：钙钛矿组件（ 0.72m2）原材料成本明细 . 31 图表 56：钙钛矿材料及组件生产流程 . 32 图表 57：一条 45MW 钙钛矿电池产线主要参数 . 32 图表 58：钙钛矿组件 成本明细 . 32 图表 59：电池效率提升能够显著降低钙钛矿组件成本 . 33 图表 60： 组件尺寸增大能够有效降低钙钛矿组件成本 . 33 图表 61：某三类资源区典型项目参数 . 34 图表 62：不同组件效率下钙钛矿光 伏系统成本明细 . 34 图表 63：钙钛矿组件寿命超过 10年即能实现与晶硅同等 LCOE . 34 图表 64：目前主要的钙钛矿层沉积工艺及其研究成果 . 35 图表 65：晶体硅 /钙钛矿叠层电池大幅提升太阳光利用水平 . 36 图表 66： 一种钙钛矿 /晶硅叠层电池结构 . 36 图表 67：目前全球进展较快的 钙钛矿企业情况简介 . 36 图表 68：牛津光伏公司发展历程 . 37 图表 69：梅耶博格计划推出的 HIT/钙钛矿叠层电池结构 . 38 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电力设备及新能源深度报告 光伏产业研究系列报告（ 5）：薄膜电池 历 经周期洗礼，又到拐点时刻 6 图表 70：牛津光伏叠层电池的认证效率高达 28% . 38 图表 71：协鑫纳米生产的单结钙钛矿试验组件 . 39 图表 72： 协鑫纳米试验中的晶硅 +钙钛矿叠层组件 . 39 图表 73：纤纳科技制备的钙钛矿小组件效率连续打破世界纪录 . 39 图表 74： 纤纳科技创始人展示公司钙钛矿组件产品 . 39 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电力设备及新能源深度报告 光伏产业研究系列报告（ 5）：薄膜电池 历 经周期洗礼，又到拐点时刻 7 薄膜太阳能电池：自成体系、技术壁垒高 简介：光吸收能力远胜晶硅，技术路线多种多样 薄膜太阳能电池是 光伏 电池的 一种形态。 薄膜太阳 能 电池是在玻璃、不锈钢或塑料衬底上附上非常薄的感光材料制成， 尽管效率仍低于晶硅电池，但由于活性层用量少，薄膜电池有望实现更低的生产成本 。 当前 主流的晶硅电池活性层约 180200m，而薄膜电池活性层的厚度仅有 12m 左右，并且可以做成柔性组件 ， 应用场景更加广泛 。最早的薄膜电池于 1970s 问世，当时使用的活性材料是 非晶硅（ a-Si） ，经过 40 多年的发展，薄膜电池目前的年出货量也达到 GW 量级，成为 光伏市场的重要补充。 图表 1：太阳能电池分类 资料来源： NREL， 东方证券研究所 薄膜电池活性层很薄的主要原因是其活性材料的吸光能力强。按照材料学分类，晶体硅属于间接带隙半导体，吸光度仅有 103/cm， 薄膜电池的活性材料几乎全部是直接带隙半导体，其吸光能力较晶体硅高出至少 2 个数量级 ，吸光 能力最强的 CIGS 甚至高达 56x105/cm，因此薄膜电池的活性材料用量仅有晶硅的 1%左右，即可实现近乎相同的光吸收能力。 目前薄膜电池已发展出十几种技术路线，其中发展势头最好的有 碲化镉（ CdTe） 、 铜铟镓硒（ CIGS） 、染料敏化电池和非晶硅电池。 根据 NREL 的最新统计，上述几种电池的实验室最高转换效率已达到 22.1%、 22.7%、 14%和 20.8%。作为对比，晶硅电池实验室的最高效率为 26.3%。目前 CdTe、CIGS 和非晶硅电池均已实现产业化，染料敏化电池的进程相对落后。值得一提的是， 近年来钙钛矿电池 （ Perovskite Solar Cell， PSC） 异军突起，作为一种问世仅 10 年的新路线，其最新成果已达 24.2%，发展速度远远超过其他电池，已经成为光伏电池研究领域最闪亮的明星。 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 HeaderTable_TypeTitle 电力设备及新能源深度报告 光伏产业研究系列报告（ 5）：薄膜电池 历 经周期洗礼，又到拐点时刻 8 图表 2：薄膜电池活性材料吸光能力远高于晶体硅（ c-Si） 资料来源： Applied Physics Reviews，东方证券研究所 图表 3：近 30年来 三种薄膜电池能量转换效率提升历史 资料来源： Applied Physics Reviews，东方证券研究所 潜在优势：低生产成本 &多应用场景 从已经取得的成果来看 ， 薄膜电池的能量转换效率略逊于晶硅电池 ， 但薄膜电池具备很多独特的 优点 ， 因而得以在激烈的竞争中保有一席之地 。成本方面， 2012 年以前， First Solar 为代表的薄膜电池曾长期占据优势，其性价比主要建立在如下方面： 节约活性材料。 由于薄膜材料光吸收系数大，电池厚度可极薄。如使用晶体硅，要充分吸收太阳光，需要的厚度为 180m，而使用非晶硅，只要 1m 就足够，并且不需要像晶硅那样切片，材料浪费极少。 过去十几年中 ， 晶 硅电池的硅耗持续快速下降，但现在仍达 3.5g/W 以上， 预计还能有 1/3 左右的下降空间； 薄膜电池的硅耗相对要低得多，如 CdTe 活性材料的用量仅为 0.2g/W， 并且 随着效率提高仍有较大的摊薄空间；钙钛矿电池的活性材料消耗仅为0.3mg/W， 活性材料成本节约达 90%。 生产流程少， 产业链短。 与晶硅电池相比 ， 薄膜电池的产线非常集约 ，晶硅电池的产业