电气设备行业追风逐光系列三：钙钛矿电池如何引领光伏技术迭代.docx

内容目录

一、光伏钙钛矿发展空间广阔 4

钙钛矿简介 4

相比晶硅，钙钛矿效率和成本空间更为广阔 6

钙钛矿的材料稳定性是产业化的最大阻碍 7

二、钙钛矿赶超晶硅路径 9

晶硅与钙钛矿LCOE的对比 9

钙钛矿寿命提升路径 10

钙钛矿效率提升方式 11

三、钙钛矿可能会改变光伏竞争格局 15

钙钛矿的参与者及进展 15

两类参与者的博弈方式以及可能的结果 17

四、结论与建议 18

4.1结论 18

4.2建议 18

风险提示 18

图表目录

图表1：主要光伏电池技术转化效率演进 4

图表2：钙钛矿材料分子结构ABX3 5

图表3：钙钛矿电池的结构 5

图表4：钙钛矿电池结构 6

图表5：晶硅电池效率已经接近极限 6

图表6：钙钛矿与晶硅电池对比 7

图表7：影响钙钛矿稳定性的因素 7

图表8：钙钛矿电池寿命较短 8

图表9：钙钛矿转化效率与面积呈现反向相关 8

图表10：金属电极离子迁移对钙钛矿稳定性的影响及解决方案 9

图表11：钙钛矿成本构成及预测（元/W） 10

图表12：钙钛矿与晶硅电池对比 10

图表13：钙钛矿稳定性决定因素 11

图表14：主要镀膜技术对比 11

图表15：钙钛矿带隙宽，可吸收短波高能光子 12

图表16：钙钛矿电池效率提升更快 12

图表17：钙钛矿提效方式 12

图表18：叠层电池受光原理 12

图表19：钙钛矿单节与叠层电池性能对比 13

图表20：叠层两端叠电池 13

图表21：叠层四端叠电池 13

图表22：四端叠电池经济性测算 13

图表23：硅钙两端叠结构 14

图表24：全钙钛矿叠层电池结构 15

图表25：钙钛矿电池出货预测（GW） 15

图表26：钙钛矿电池市场空间预测（亿元） 15

图表27：钙钛矿电池发展 16

图表28：非晶硅钙钛矿企业进展 16

图表29：晶硅企业在钙钛矿的进展 17

图表30：资本市场融资依然紧张（亿元） 17

图表31：钙钛矿企业的竞争关系 18

一、光伏钙钛矿发展空间广阔

钙钛矿简介

光伏电池一共经历了三代技术：1）第一代晶硅电池技术，以硅基为基础制结形成，即我们所熟知的BSF、PERC、TOPCON、HJT、BC等电池技术；2）第二代薄膜电池技术，以铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)和砷化镓(GaAs)等材料为代表。薄膜电池技术由于效率低、成本高（单GW投资20亿以上，目前占比不足5%），无法与晶硅电池性能媲美；3）第三代是以钙钛矿太阳电池为主导的有机太阳能电池等，近年发展非常迅速，有望成为超越晶硅电池的新一代光伏电池技术。

图表1：主要光伏电池技术转化效率演进

资料来源：NREL，五矿证券研究所

钙钛矿电池是由分子式为ABX3的钙钛矿材料构成的，其分为无机氧化物钙钛矿和卤族化合物钙钛矿，后者具备优异的载流子扩散距离、荧光量子效率和载流子迁移率等优势，且禁带宽度可以调节，这些性能特点适合其应用于光伏领域，目前光伏领域最常用的钙钛矿材料是CH3NH3PbI3（A表示Cs+、CH3NH3+或CH(NH2)2+；B表示Sn2+或Pb2+；X表示Cl-、Br-或I-）。

图表2：钙钛矿材料分子结构ABX3

资料来源：隆基绿能，五矿证券研究所

钙钛矿电池结构主要分为三类：介孔n-i-p型、平面n-i-p型和平面p-i-n型。1）介孔结构，介孔结构可以支撑钙钛矿层的生长，提升钙钛矿层与电子传输层的接触面积，进而有利于载流子的传输，介孔型器件表现出更佳的器件性能然而介孔层的制备需要高温锻烧，不便于工

业化的生产。2）平面结构，可以低温制备，适合应用于光伏领域进行大面积制备。平面n-i-

p型和平面p-i-n型的差异在于结构完全相反。

图表3：钙钛矿电池的结构

资料来源：《大面积钙钛矿太阳能电池制备方法综述》梁振群等，五矿证券研究所

单节钙钛矿电池核心膜层有5层，导电基底、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、背电极，加上封装胶膜和玻璃就完成了组件的生产。

1、透明导电基底（TCO玻璃）：常见TCO玻璃材料主要是ITO、FTO和AZO，其导电材料不同，制作方法也不同：1）ITO，为掺锡氧化铟，技术成熟、透光性、导电性良好，但是需要金属铟，成本高，常采用PVD方式制作2）FTO，掺氟二氧化锡，导电性稍差，但成本低，多用于光伏薄膜电池，主要采用CVD的方法3）AZO，掺铝氧化锌，具备良好的透光性及导电性，且价格便宜，但量产难度较大，工艺流程尚存在一些问题,主要采用PVD方法制作。

2、电子传输层（ETL）：ETL用