2022年钙钛矿电池行业研究 钙钛矿电池效率更高成本更低，商业化趋势初见端倪

1、钙钛矿电池效率更高成本更低，商业化趋势初见端倪

1.1、第三代太阳能电池已至，纯钙钛矿电池和钙钛矿叠层电池双线并行

钙钛矿电池属于第三代太阳能电池，包括纯钙钛矿电池和钙钛矿叠层电池两种类型。 太阳能电池经历了三段发展时期，第一段属于晶硅电池，晶硅电池先后经历了多晶 和单晶之争、N 型和 P 型之争，单晶相比多晶效率更高，初始阶段成本相应也更高， 2015 年单晶组件市占率不超过 20%，2019 年已经达到 62%，完成对多晶的超越。

同 时，根据 CPIA 数据，2021 年 perc 电池市占率达 91%，远大于效率更高的 N 型，未 来随着 N 型不断降本，有望成为市场主流；第二代薄膜电池的发展较为波折，19 世 纪 80 年代和 2000 年至 2010 年间，薄膜电池均是当时市场主流，但 19 世纪 90 年代 和 2010 年后晶硅电池分别凭借效率优势和成本优势快速抢占市场，2021 年全球市场 中薄膜电池市占率仅为 3.8%。目前主流的薄膜电池包括碲化镉（CdTe）、铜铟镓硒 （CIGS）和砷化镓（GaAs）；第三代新型薄膜电池中既包括钙钛矿太阳能电池，也 包括量子点太阳能电池和染料敏化太阳能电池，其中钙钛矿太阳能电池又可分为纯 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。

广义“钙钛矿”是指与 CaTiO3 结构类似的 ABX3型化合物，目前用于太阳能电池发电 层的钙钛矿材料一般为有机-无机杂化钙钛矿材料。钙钛矿材料电池命名取自俄罗斯 地质学家 Perovski 的名字，狭义的钙钛矿特指 CaTiO3，广义的钙钛矿泛指与 CaTiO3 结构类似的 ABX3型化合物，A 代表有机分子（一般为 CH3NH3等），B 代表金属离子（一般为铅或锡），X 代表卤素离子（一般为氟、氯、溴、碘、砹），A、B、X 分 别对应图 2 中蓝色、灰色、紫色部分，BX6 构成八面体。用于太阳能电池发电层的 钙钛矿材料一般为有机-无机杂化钙钛矿材料，该类型的结构是 1987 年由 Weber 首 次提出。

纯钙钛矿电池中 n-i-p 型电池结构较为普遍，钙钛矿叠层电池中 HJT-钙钛矿叠层电 池较为合适。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 矿可以选择和晶硅电池叠层，也可以选择和薄膜电池叠层，其中由于 HJT 电池结构 天然适合与钙钛矿电池进行叠层，因此 HJT-钙钛矿叠层电池是较为普遍的产业选择， HJT-钙钛矿叠层电池的顶电池一般为钙钛矿电池，底电池一般为 HJT 电池，由钙钛 矿电池负责吸收短波长的太阳光(紫外+蓝绿可见光)，HJT 电池负责吸收长波长的太 阳光(红外光)，可以很好的提高太阳能电池的性能。

TCO、HTL、ETL 层的可选材料相对较多。在钙钛矿电池结构中，玻璃一般采用超 白浮法玻璃；空穴传输层的作用是只允许空穴通过，不允许电子通过，电子传输层 则是只允许电子通过，不允许空穴通过，使得空穴和电子分离进而产生电动势，材 料上 HTL 层和 ETL 层的选择相对较多，各个材料之间存在一定差异，ETL 层可以 选用 TiO2 、SrTiO3、ZnO、SnO2、ZrO2等，HTL 层可以选用 NiO、CuS、Cu2S、CuO 、 MoO3、WO3；

TCO 薄膜需满足多项条件，一般选用 ITO。透明导电层膜 TCO 的主要作用是镀在 玻璃上使其具有导电性，成为太阳能电池的顶电极，或是在叠层电池中作为晶硅电 池和钙钛矿电池的过渡层，以减少表面载流子的复合。TCO 薄膜一般需要同时满足 透光性、导电性和稳定性，受光面 TCO 膜需要是较低的载流子浓度防止红外吸收， 且需与接触的硅薄膜的功函数匹配，形成良好的欧姆接触。TCO 一般通过掺杂来获 得一定的导电性，一般可选择 ITO（铟掺杂氧化锡，90%In2O3+10% SnO2）、IWO（铟 掺杂氧化钨）、AZO（铝掺杂氧化锌）、IZO（铟掺杂氧化锌）等材料，上述材料也可 以构成复合膜层而提升器件性能，一般使用较多的ITO。ITO具有良好的光电性能，但ITO由于含有稀有金属铟，价格也相对较贵；

纯钙钛矿电池中胶膜封装一般选用 POE 胶膜而不能用 EVA 胶膜。由于钙钛矿材料 比较敏感，因此钙钛矿电池在封装的要求相比晶硅电池更高，一般采用 POE 胶膜而 不能采用 EVA 胶膜，主要原因有两点，一是 EVA 胶膜的水汽透过率较高，晶硅可 以容忍的水汽透过率钙钛矿不能容忍，二是 EVA 胶膜降解分解会产生醋酸，对钙钛 矿材料造成腐蚀，降低电池性能。POE 胶膜相比EVA胶膜的封装效果和稳定性更好， 但 POE 胶膜目前同样存在两点问题，一是 POE 粒子目前仍严重依赖于进口，二是层 压工艺上存在打滑等问题。整体来看，尽管各膜层可供选择的材料相对较多，但各 档次最优材料或最适合量产材料的确定对于产业化规模降本来说也同样重要。

钙钛矿电池的发电原理本质上依旧是扩散，钙钛矿材料的吸收系数、载流子复合率、 载流子迁移率等性能指标均较为优异。光照下钙钛矿材料吸收光子能量，其价带内 的束缚电子穿过禁带到达导带，在价带中留下空穴，产生电子-空穴对，这些载流子 或成为激子或成为自由载流子，其中，未复合的电子从钙钛矿层传输到电子传输层， 进而被导电基底收集，未复合的空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层，进而被金属电 极收集。在接通外电路情况下，电子和空穴在扩散作用下分别向特定方向移动进而 形成电流。钙钛矿材料具有较高的吸收系数，双极载流子传输性质，较低的载流子 复合率和较高的载流子迁移率，所以载流子的扩散距离和寿命较长。例如， CH3NH3PbI3 的载流子扩散长度至少为 100nm，有的钙钛矿材料甚至可以达到 1μm， 使得钙钛矿电池具有优异的电学性能。

钙钛矿电池的能量损失主要来自于光损失和电损失，对于钙钛矿/晶硅叠层电池还存 在电流失配导致的能量损失。光损失：钙钛矿叠层电池的光损失包括不能被吸收的 太阳光损失、上表面的反射损失、透明电极或中间层寄生吸收损失。

晶体硅的禁带 宽度为 1.12eV，纯钙钛矿的禁带宽度为 1.55eV，钙钛矿-晶硅钙钛矿叠层电池中钙钛 矿的禁带宽度为 1.73eV，太阳光中能量低于禁带宽度的长波段光子不足以提供足够 的能量产生光生载流子，叠层电池的反射损失主要发生在顶电极和底电极的表面， 晶硅的折射率约为 3.8，空气的折射率略大于 1，钙钛矿层的折射率的一般在 2.34-2.38， 可通过减反处理降低反射损失。图 7 中白色部分即是不同波长的反射损失，其他部 分是各层的吸收情况。

叠层电池的寄生吸收损失主要原因为叠层电池中钙钛矿层和 硅层吸收光产生光电流，但电子传输层、空穴传输层、透明电极的光吸收不会产生 光电流，从而导致寄生吸收损失，通过削减膜层厚度可以降低吸收损失；电损失： 是由电子传输层、空穴传输层、透明电极等各层的表面电阻引起，降低膜层厚度一 方面可以降低寄生吸收损失，但另一方面也会增加表面电阻，因此优化薄膜厚度使 得光损失和电损失之间达到平衡是提高叠层电池性能的重要方式之一；电流失配导 致的能量损失：叠层电池的光电流遵循短板效应，即取决于子电池中最小的光电流， 因此使得顶电池和底电池的电流匹配也是提高叠层电池性能的重要途径，需要通过 不断的计算和模拟以获得最理想的匹配结果。

1.2、钙钛矿电池具有更高实验效率和更低生产成本，稳定性尚待提升

钙钛矿电池的优势：钙钛矿材料吸光性更好且带隙可调，相较于晶硅电池拥有更高 理论转换效率和更低生产成本两点核心优势。

钙钛矿电池优势 1：晶硅电池理论极限效率为 29.4%，钙钛矿叠层电池实验室 效率已达到 31.3%。 单节晶硅电池理论转换效率上限是 29.4%，实验室效率极限约 28%，工程极限 效率是 27.1%。半导体材料本身决定着光伏电池转换效率的上限，而半导体材 料的禁带宽度决定了其开路电压和短路电流，一般来说，禁带宽度越大，开路 电压越大，而短路电流越小。晶体硅的带隙宽度为 1.1 eV，对应单结晶硅电池 理论效率极限是 29.4%，实验室极限效率约 28%，现实条件可实现的工程极限 效率是 27.1%。

2021 年 Perc 电池量产平均效率 23.1%，天合光能 210 perc 电池量产最高效率 24.5%，理论转换效率上限 24.5%。根据 CPIA 数据，2021 年 perc 电池平均转 换效率为 23.1%，市场占比 91.2%，同期 2021 年异质结电池平均转换效率达 24.2%，N 型电池平均转换效率超过 24%，市场占比仅为 3%；天合光能 2022 年 7 月宣布其自主研发的 210mm 高效 p 型 PERC 电池最高效率达到 24.5%，已 经达到 perc 电池的理论效率极限，也是天合光能第 24 次刷新和创造世界纪录； 截至 2022 年 8 月，topcon 电池量产平均效率已达到 24.8%，实验室效率已达到 25.7%，理论转换效率上限是 28.7%。目前晶科能源 2022 年上半年一期 16GW 的 topcon 产能已满产，量产转换效率已达 24.8%，同时，截至 2022 年 5 月份中 来股份 1.5GW topcon 2.0 电池项目产线已完成爬坡，量产转换效率为 24%-24.5%； 实验室效率上，2022年4月晶科能源自主研发的182 N型高效单晶硅电池（topcon） 转化效率经中国计量科学院第三方测试认证，全面积电池转化效率达到 25.7%， 而 topcon 电池的理论转换效率上限是 28.7%；

截至 2022 年 8 月，HJT 电池量产平均效率为 24.73%，量产最高效率为 25.1%， 组件效率接近 23%，实验室最高效率为 26.5%，理论转换效率上限是 27.5%。 华晟二期主要生产 210 微晶异质结半片和高功率组件，通过导入单面微晶工艺、 120μm 超薄异质结专用硅片、低银耗超高精度多主栅技术和银包铜浆料，以 GW 级规模生产带动电池效率和成本进入了新阶段。目前华晟 210mm 尺寸微晶异质 结电池片批次平均效率达到 24.73%，生产线冠军电池片效率达 25.1%，210-132 版型冠军组件功率达 710W，组件全面转换效率 22.9%；实验室效率方面，HJT 电池实验室最高效率是隆基 2022 年 6 月研发的 M6 全尺寸电池，其光电转换效 率达 26.50%，同时迈为和 sundrive 2022 年 9 月联合开发出的超高效率微晶异质 结电池，效率达到 26.41%；HJT 电池理论转化效率上限为 27.5%。

第二代薄膜电池中碲化镉组件量产平均效率为 15.3%，铜铟镓硒组件量产平均 效率为 16.5%，碲化镉组件实验室效率为 21.5%，碲化镉组件理论转换效率上 限为 32%-33%。薄膜组件由于使用材料较少和能耗较低，整体生产成本较低， 且制造工艺简单，可大面积连续生产，同时其弱光效应较好，在光伏建筑一体 化和可穿戴设备上具有较好应用前景。目前薄膜电池组件主要问题在于量产效 率偏低，根据智研咨询数据，截至 2021 年铜铟镓硒组件量产平均效率为 16.5%， 碲化镉组件量产平均效率 15.3%，实验室转换效率为 21.5%，由美国 First Solar 完成，最高理论转换效率约 32%-33%。第二代薄膜电池中砷化镓电池的实验室效率明显更高，2021 年 7 月 德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer ISE) 在 858 纳米的激光下，使用砷化镓电池创下了 68.9%的转换效率记录。

2022 年协鑫光电的纯钙钛矿 1m*2m 组件量产效率目标为 16%，单节纯钙钛矿 电池实验室效率为 25.6%，单节理论效率上限是 33%，双节和三节分别为 43% 和 50%；钙钛矿-晶硅叠层电池实验室效率为 31.3%。由于可作为发光层的半导 体材料选择是影响电池效率上限的主要因素，而钙钛矿材料由于带隙可调，可 非常接近于最优带隙，因此理论上钙钛矿电池的转换效率可远超晶硅电池。协 鑫光电 2022 年纯钙钛矿 1m*2m 组件量产效率目标为 16%，2023 年量产效率目 标为 18%，当前单结钙钛矿(PSCs)电池实验室最高转换效率达 25.6%，由中科院 游经碧团队研制。

全钙钛矿单层电池的理论转化效率极限为 33%，全钙钛矿双 结叠层转换效率可达 43%，全钙钛矿三结叠层转换效率可达 50%左右，远远大 于晶硅电池的 29.4%。钙钛矿-晶硅叠层电池方面，2022 年 7 月洛桑联邦理工学 院(EPFL)和瑞士电子与微技术中心(CSEM)共同创造了钙钛矿-硅叠层光伏电池 新的世界纪录，达到 31.3%。Bruno Ehrler 等指出钙钛矿/硅叠层电池中钙钛矿的 最佳带隙为 1.73eV，在光照 AM 1.5G、温度 25℃时，2-T 钙钛矿/硅叠层电池的 理论转换效率上限为 45.1%，4-T 钙钛矿/硅叠层电池的理论转换效率上限是 45.3%。

优势 2：更少材料用量、更低材料价格、更低生产能耗、更高组件功率、更长 工作时间，导致钙钛矿电池相比晶硅电池具有明显成本优势。晶硅电池组件的 最低生产成本为 1 元/W 左右，纯钙钛矿电池在扩大生产规模后理论上可以降至 0.5 元/W 甚至更低，且生产速度更快。根据协鑫光电披露的信息，钙钛矿组件 的所有工艺流程都可以在一个工厂里面进行，从原材料到组件只要 45 分钟。钙 钛矿电池的成本节约主要体现在以下几方面：

一是更少材料用量带来的成本下降：材料用量方面，钙钛矿材料用量与晶硅电 池中的硅使用量明显更小。0.3μm 厚的钙钛矿层便可以完成对太阳光的饱和吸收，根据协鑫光电数据，按晶硅电池中的硅片厚度 180μm，60 片组件计算，原本需 要消耗 1kg 的硅料，钙钛矿材料只需要 2g；根据 Oxford PV 公司，35 kg 钙钛 矿的发电量与 7 t 硅（通常用于 160 μm 厚的晶片）的发电量相同，规模化生产 后钙钛矿材料成本相比晶硅预计将大幅降低；

二是更低材料价格带来的成本下降：钙钛矿材料基本为基础化工元素，不像晶 硅电池需要用到稀有金属铟或贵金属银，钙钛矿的储量也十分丰富，不会存在 供应瓶颈，且钙钛矿前驱液的制备过程中涉及工艺均较为简单； 三是更低生产能耗带来的成本下降：钙钛矿相比晶硅在生产过程中的能量消耗 更少，晶硅在前端硅料和拉棒生产环节都需要 1400 度左右的高温，电池片生产 需要 800-900 度左右的高温，钙钛矿由于怕高温，生产中最高温度一般不超过 120 度；

四是更高组件效率带来的成本下降：N 型电池片效率一般为 25%左右，N 型晶 硅电池组件效率一般在 22%左右，中间会有约 2%-3%的封装效率损失，而钙钛 矿生产出来就是组件，如果钙钛矿组件可大规模量产且效率能够达到 23%，则 相比晶硅电池将具有一定效率优势，如果钙钛矿组件效率能够做到 25%左右， 则相比晶硅电池将会具有全面优势；

五是更长的工作时间，钙钛矿组件更长的工作时间主要源于对杂质的高容忍度 和更好的弱光表现：一是钙钛矿材料的基态是单线态，激发态是三线态，对杂 质容忍度较高，材料纯度只需 90%，自然杂质的扩散不易导致钙钛矿组件的衰 减，而晶硅的基态和激发态都是单线态，需要具备 6N 级以上纯度，晶硅的功率 衰减也主要源自于杂质向硅片的扩散；在弱光条件下表现更好，据极电光能创 始人姚冀众介绍，纤纳光电测试发现，钙钛矿电池在早晚弱光环境下的发电时 间比 PERC 电池多 1 个小时左右，这让钙钛矿电池一年可以多发电 3%至 5%。

钙钛矿电池单 GW 生产成本仅为晶硅电池的一半，钙钛矿组件的成本构成中以玻璃、 电极材料和封装材料为主。由于钙钛矿电池厂本身就相当于组件厂，同时也省去了 晶硅电池前端的硅料提纯、硅片切割等环节，整体生产成本上相较晶硅电池可大幅 降低。根据协鑫光电数据，晶硅电池生产中硅料厂的单 GW 投资成本约 3.45 亿元， 硅片厂的单 GW 投资成本为 4 亿元，电池片厂和组件厂的单 GW 投资成本分别为 1.5 亿元和 0.65 亿元，合计为 9.6 亿元/GW，而钙钛矿厂的单 GW 投资成本为 5 亿元，约为同级别晶硅电池生产成本的一半。

对于 100MW 级别的钙钛矿电池，组件成本略 小于 1 元/W，对于 1GW 级别量产的钙钛矿组件，成本可降至 0.7 元/W，对于 5-10GW 级别量产的钙钛矿组件，成本可降至 0.5-0.6 元/W。以 100MW 级别的钙钛矿组件为 例，其成本构成主要以玻璃、电极材料和封装材料为主，玻璃及封装材料、电极材 料、固定资产折旧、能源动力、人工成本、钙钛矿材料的成本占比依次分别为 34%、 31%、16%、13%、3%和 3%，当产能规模放大后材料类成本占比会有所上升，整体 成本结构将依然以玻璃和电极材料为主。

经部分公司测试，钙钛矿电池组件可稳定使用超过 25 年，实际稳定性如何尚待验证。 单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，使用寿命一般可达 15 年，最高可 达 25 年，而钙钛矿电池的不稳定性可以通过封装技术和加工工艺的提升来一定程度 的解决。瑞典制造初创公司 Evolar 宣布其钙钛矿电池技术通过了行业标准的加速可 靠性测试，结果表明可能会在该领域保持稳定超过 25 年。不过钙钛矿组件在实际 商业化应用的场景中具体使用寿命如何，可能还需更多时间去进一步验证。

钙钛矿电池组件中的实际铅含量小于晶硅电池，无需过度担心。钙钛矿材料 ABX3 中的 B 位一般为铅离子，铅元素的毒性会造成环境污染，影响人体健康，不过从产 业实际对比来看，该问题无需过度担心。

一方面，如果把钙钛矿组件和晶硅组件对 比来看，晶硅组件在焊带的选择上一般是采用含铅的焊带，焊接是铜箔涂铅，一块 晶硅组件的铅含量约为 18-20g，相同功率的钙钛矿组件实际铅含量一般不超过 2g。 从铅含量来看钙钛矿电池相比晶硅更小，如果能解决封装问题，则对环境的影响可 以进一步减小；另一方面，目前国内高校和产业界也已经开始逐步研发不含铅的钙 钛矿材料，较多研究采用 Sn2+作为钙钛矿太阳能电池中 Pb2+的替代离子，还有无机 非铅的类钙钛矿衍生材料也开始得到越来越多关注，如 Cs2SnI6 钙钛矿太阳能电池， 以及在地面上添加吸附剂等方式。总体来看目前仍存在较多方式可以大幅提升钙钛 矿材料本身的环境友好程度。

1.3、产品、设备、政策三端逐步发力，钙钛矿电池商业化初见端倪

产品端：纤纳光电组件 α 出货、极电光能正式签单、协鑫大尺寸组件下线，钙钛矿 电池从技术讨论逐步走向商业化尝试。2022 年 5 月 20 日，纤纳光电钙钛矿组件 α 全球首发，该组件采用纤纳独立开发的溶液打印技术，具有功率高、稳定性好、温 度系数低、热斑效应小、不易隐裂等特性，可进行 12 年产品材料与工艺质保，25 年线性功率输出质保；2022 年 7 月 28 日，纤纳光电在浙江衢州举行了首批 α 组件的 发货仪式，此次发货数量为 5000 片，用于省内工商业分布式钙钛矿电站；

2022 年 4 月 18 日，极电光能与大冶市人民政府、智能科技在湖北大冶举行“大冶新能源项目 签约暨长冶新能源揭牌仪式”，大冶新能源项目装机规模达 2.8GW，总投资金额约 120 亿元；协鑫光电生产的尺寸为 1m×2m 的全球最大尺寸钙钛矿组件已经下线，投 建的全球首条 100MW 量产线已在昆山完成厂房和主要硬件建设，计划 2022 年投入 量产。2022 年以来，可以明显看到钙钛矿电池产业由之前的技术可行性探讨开始逐 步走向商业化的尝试，首批尝试商业化的项目有助于头部企业尽早形成可真正商业 化的成熟产品，也将极大程度的促进国内钙钛矿产业的后续发展进程。

设备端：晟成光伏钙钛矿电池蒸镀设备已量产交付，捷佳伟创中标某领先公司的钙 钛矿电池量产线镀膜设备订单。2021 年初，京山轻机子公司晟成光伏投资 10 亿新建 智能装备制造中心，用于新增高端光伏组件设备生产线以及建立制备异质结和钙钛 矿叠层电池核心设备研发机构，2021 年 5 月，晟成光伏与业内钙钛矿电池领先企业 开展钙钛矿叠层电池技术开发战略合作。经过长时间研发及实验数据验证，2022 年 6 月，晟成光伏钙钛矿电池团簇型多腔式蒸镀设备已量产，并成功应用于多个客户端。

政策端：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 4 月 2 日，国家能源局、科学技术部联合印发《“十四五”能源 领域科技创新规划》，在太阳能发电及利用技术方面，研究新型光伏系统及关键部件 技术、高效钙钛矿电池制备与产业化生产技术、高效低成本光伏电池技术、光伏组 件回收处理与再利用技术、太阳能热发电与综合利用技术 5 项光伏技术。

2、纯钙钛矿电池：可颠覆晶硅的潜在路线，产品化商业化尚需时日

2.1、纯钙钛矿电池制造环节包括10步，镀膜设备价值量占比较高

纯钙钛矿电池的制造环节包括 10 步：主受光面 TCO 和 ETL 沉积、P1 激光划线、钙 钛矿层涂覆、HTL 层沉积、P2 激光划线、背面 TCO 沉积、P3 激光划线、P4 激光清 洗、层压封装、测试，其中镀膜设备价值量占比较高。

2.2、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：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。由于钙钛矿材料较为敏感，当前制约钙钛矿电池量产的核心难点在于钙钛 矿层制备完之后，怎样做到在保护钙钛矿层的前提下去实现钙钛矿层之上的均匀镀 膜。

由于钙钛矿材料在水氧、高温等环境下都会分解，因此磁控溅射 PVD 或电镀均 不能使用，只能使用蒸镀或 RPD 的方式来进行镀膜，但都会存在镀膜不均匀的问题， 导致不同位置发电功率存在差异。同时，由于纯钛钙钛电池是串联结构，电流会取 电路中的最小值，即具有短板效应，因此镀膜不均匀会导致各个子电池电流不一致， 纯钙钛矿电池只会取其中的最小电流，导致电池或组件的整体效率降低。此外，RPD 还存在材料利用率低，维护成本高，设备稼动率不高，专利授权等方面的问题。

工艺端：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。工艺上，尽管钙钛矿组件的制造设备约 70%可以在 LCD 面板行业 中找到，但当前各家从事纯钙钛矿电池生产或钙钛矿叠层电池生产的企业之间，从材料的配方（钙钛矿层，缓冲层材料体系、添加剂和钝化材料），到设备的选择，到 工艺流程的控制等环节都不尽相同，短时间内还无法统一供应链而形成规模效应， 工艺路线的确定对于规模化降本来说至关重要。

应用场景端：纯钙钛矿电池的蓬勃发展需要建立在对晶硅电池的性价比超越和稳定 性验证上，进而在大电站实现规模化商业应用，BIPV 并不应是关注重点。由于理论 上纯钙钛矿电池的效率相比晶硅电池更优，且成本上相比晶硅电池更低，因此，我 们认为纯钙钛矿电池在大电站的规模化商业应用场景才是真正的理想出路。由于 BIPV 的市场空间相对大电站较小，定位于 BIPV 市场的纯钛矿矿路线不一定在规模 化降本上相比晶硅电池有优势，叠加稳定性尚待验证下，尽管柔性钙钛矿电池组件 天然适合 BIPV 应用，但从产业实际发展来看 BIPV 的市场不一定真正适合钙钛矿电 池的真正崛起。

大电站场景下纯钙钛矿电池需要解决的问题是长时间的稳定验证， 目前晶硅电池稳定使用寿命可达到 25 年，而钙钛矿材料在水氧、高温等环境下稳定 下较差，实际使用寿命依然有待更多数据进行验证。据极电光能联合创始人邵君介 绍，目前业内普遍对钙钛矿电池能否沿用晶硅的 IEC 测试有疑问，钙钛矿行业亟需 建立标准体系。总之，尽早找到合适下游应用场景，依靠较长时间的稳定性验证数 据以提高客户端对新技术的接受度，对于纯钛矿电池路线也同等重要。

3、钙钛矿叠层电池：主流企业布局彰显信心，HJT-钙钛矿叠层发展路径愈发确定

3.1、钙钛矿与Topcon叠层需做较多改造，理论上与HJT叠层更为合适

异质结电池和钙钛矿电池做叠层更为理想，可发挥异质结电池填充因子高和开压高 的优势，topcon 电池和钙钛矿电池做叠层需改动环节相对较多，且会减少 topcon 电 池电流高的优势。一般来说，相比 topcon 电池，异质结电池与钙钛矿电池进行叠层 更为理想。一是异质结电池结构相比 topcon 电池本身更适合叠层：因为钙钛矿电池 与异质结电池进行叠层，异质结电池表面本身就是 TCO，异质结电池的产线无需做 更改，而 topcon 电池与钙钛矿电池进行叠层，topcon 正面的氮化硅和氧化铝由于是 绝缘体不能导电，需要先把氧化铝和氮化硅去掉，或加入进一步掺杂和钝化工艺；

二是 topcon 电池与钙钛矿电池进行叠层的话自身基于电流高的效率优势会被浪费： 从实际量产效率来看，topcon 和异质结相差不大，但效率的构成参数不同，异质结 电池电压高，电流低，topcon 电池开压不高，但电流比较高，主要原因为异质结表 面 TCO 的透光性不如 topcon 表面的氮化硅。如果做叠层电池，异质结受光面 TCO 依然是 TCO， topcon 表面也需要变成 TCO ，那么 topcon 电池本身电流高的优势 就没有了，理论上钙钛矿-topcon 叠层电池的效率相比 HJT-钙钛矿叠层电池更低。不 过钙钛矿-topcon叠层电池依然值得关注，2022年6月，澳大利亚国立大学Klaus Weber， 北京大学周欢萍以及晶科能源 Peiting Zheng 等人使用 topcon 晶硅电池作为底部电池， 以及钙钛矿薄膜作为顶部电池，制备了单片钙钛矿/topcon 叠层器件。该器件的效率 为 27.6%，相关工作发表于《Advanced Energy Materials》。

3.2、钙钛矿/HJT叠层电池为串联结构，可输出超高电压提高转换效率

钙钛矿与异质结具有良好的叠层电池匹配度，可形成较单结 PSCs 效率更高的叠层 电池。异质结是指将 P 型半导体与 N 型半导体制作在同一块硅基片上，在交界面形 成的空间电荷区（PN 结），具有单向导电性。具有本征非晶层的硅异质结电池片中 同时存在晶体和非晶体级别的硅，非晶硅能更好地实现钝化效果，提高开路电压和 转换效率。叠层电池根据禁带宽度从小到大，可依次将不同材料按从底向顶顺序而 组成。

叠层电池上面是钙钛矿电池，底下是异质结电池，钙钛矿吸收中短波长的光， 中长波的光透过钙钛矿由异质结吸收，通过光学和叠层的设计来输出超高电压。在 转化率贡献上，异质结可以贡献 25%-26%的转化率，而钙钛矿叠层则是增加其 3%-5% 增量效益。值得注意的是，由于钙钛矿电池与硅异质结电池均为 P-N 结构，如果将 二者直接串联，接触界面会形成反 PN 结，导致电压相互抵消而不导电，需要增加过 渡层，隧穿结或过渡层也是 P-N 结构，过渡层需要同时满足可导电、透光性好、有 一定厚度几个条件，来联接两个子电池。

3.3、微晶、钙钛矿叠层是HJT电池提效主要手段，关注HJT降本进展

钙钛矿-异质结叠层电池是基于晶硅产业进行发展，相比于纯钙钛矿电池路线有望率 先实现量产。对于许多有硅技术积累的公司来说，晶硅叠加钙钛矿是一个既能利用 原有产线和技术积累、又能降本增效的路线，且不像纯钙钛矿电池一样需要完全重塑产业链，相比于纯钙钛矿电池可能更有希望率先实现量产。

HJT 电池主要增效路径：双面微晶工艺和 HJT-钙钛矿叠层。目前对于异质结电池来 说，将转换效率进一步提高的路径主要有两种，一是微晶工艺，通过 PECVD 制作的 微晶 n 层较非晶 n 层主要是 FF 具有优势，效率绝对值高 0.2%以上，且电流相对较 低，后续优化方向为微晶硅氧 n 层，同时组件端 CTM 对比，微晶 n 层工艺比非晶 n 层效率绝对值高接近 1%；二是 HJT-钙钛矿叠层电池，HJT-钙钛矿叠层电池实验转 换效率目前已达到 31.3%，超过晶硅电池的实验室效率。纤纳光电创始人姚冀众表示 叠层电池中约有 2/3 的转换效率来自钙钛矿，1/3 来自晶硅层，钙钛矿-异质结叠层电 池的量产目标效率 28%。

HJT 电池主要降本路径：硅片减薄、少银化和少铟化。异质结电池目前硅片薄片化、 TCO 降本（少铟或无铟）、银浆降本（银包铜或铜电镀，新型种子层开发）。硅片减 薄方面，硅片成本是电池片成本构成中的主要环节，通过使用更薄厚度的硅片可以 较大幅度降低硅片成本；银包铜方面，假定银浆价格为 7000 元/kg，当 HJT 银浆单 W 消耗由 27mg 降至 17mg 时，则会带来单 W 成本 0.07 元的下降。由于钙钛矿-异 质结叠层电池是基于异质结之上进行发展，因此 HJT 电池的具体降本增效进展对于 叠层电池的影响也相对较大。

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