2023年钙钛矿与叠层电池产业化论坛点评 钙钛矿电池理论优势突出

一、核心观点提要

1、钙钛矿电池理论优势突出

钙钛矿电池理论优势突出。作为第三代光伏电池技术，钙钛矿电池因其材料特性，相比于晶硅与薄膜电池具备较强的 理论优势： 更高的理论效率：单结钙钛矿电池理论效率极限可达 33%，高于第一代晶硅电池与第二代薄膜电池。同时，通 过调整前驱体组分，钙钛矿带隙可调、透光性优异，可以制备钙钛矿/钙钛矿叠层（45%）与钙钛矿/晶硅叠层（43%）， 实现转换效率的飞跃； 更低的理论成本：材料纯度要求低、用量少、能耗理论成本低，规模化后设备投资仍有降本空间； 应用场景多样化：组件可柔性化制备，具备轻量化优势，终端应用场景多样化； 弱光响应好：吸光系数高，阴天及室内等弱光条件下，转换效率相对更高； 温度系数低：光生载流子迁移距离长、钙钛矿膜层厚度小，温度对效率影响低。

2、产业化正在0-1的阶段

产业化尝试正在加速。钙钛矿电池自 2009 年开始发展，仅有十多年的时间。目前在实验室中，单结电池效率已达 25.7%， 正逐步逼近晶硅电池，全钙钛矿叠层与钙钛矿/晶硅叠层电池研发效率分别达到 29%、32.5%。研发端效率的不断突 破，为钙钛矿电池的产业化进程铺路。同时，随着行业的不断发展，业界对于钙钛矿的基础性认知已经比较全面和深 刻，众多高校科研背景的初创企业不断涌现。此外，光伏大企业依托当前在晶硅路线上的优势，纷纷加大对于钙钛矿 的布局与技术储备，参与钙钛矿晶硅叠层相关研发。

2023 年行业规模达到 GW 级别，2024-2025 年有望有多家 GW 整线落地。2021-2022 年间，四家钙钛矿领先企业已 完成合计 550MW 中试线投产。预计 2023 年还将有 5 家以上的企业，合计超过 600MW 的中试线投产，行业整体规 模有望 GW 级别。同时，已有多家头部企业宣布了其 GW 级产线规划目标，预计将在 2024-2025 年投产。

3、大面积制备工艺问题成为焦点

设备选择是成本与膜层质量的平衡。钙钛矿各膜层厚度在几十至几百纳米之间，理想的膜层需要达到均匀、致密且全 覆盖的效果。质量更好的膜层往往需要更加精密的设备进行制备，意味着更高的设备成本。目前主流的工艺路线是使 用磁控溅射与涂布，分别在 TCO 导电玻璃基底上分别制备空穴传输层制备与钙钛矿层。空穴传输层直接制备于钙钛 矿上方，通常使用膜层损害程度较低的 RPD，尽量保证钙钛矿层不受伤害。最后使用磁控溅射制备顶电极。

钙钛矿层制备难度最大，目前主要路线为涂布。以主流反式钙钛矿结构为例，各层制备难度排序为：钙钛矿层>钝化 层（或有）>电子传输层>空穴传输层>TCO 导电顶层。其中难度最大的钙钛矿层目前以涂布工艺为主。涂布工艺设备 投资较低，具有性价比优势。无接触的狭缝涂布工艺，可以满足当前钙钛矿层物理一致性的要求。但后道控晶具有一 定难度，膜层质量（化学一致性）仍有待提高。目前上海德沪涂膜市占率达到 70%，其余份额为日本东丽。

真空蒸镀工艺可能具有一定优势。真空蒸镀工艺具有成膜均一、稳定性好、制程单一、良品率高等优势。在实验室钙 钛矿制备中，在钙钛矿层、界面钝化层、电子传输层（C60）及金属电极均有广泛应用，且取得较高稳态输出效率。 复杂组分沉积速率控制与设备投资过高，制约了其大规模发展。

4、叠层电池发展也在加速

钙钛矿是理想的顶层电池。钙钛矿透光度好，可以作为顶层电池与晶硅电池叠层，达到更高的效率。同时，钙钛矿晶 体具有可调性，宽、窄带隙不同的晶体，还进行钙钛矿与钙钛矿的叠层电池的制备。叠层的结构分为相对简单的四端 叠层（仅光学耦合）与复杂的两端叠层（光学+电学耦合）。二端叠层结构需要设计优异的光电耦合和起到保护作用 的中间连接层，可以大大减少因寄生吸收而导致的光学损失，是制备超高效率叠层太阳能电池的有效手段。但是，由 于二端子叠层电池需要保证顶、底电池的电流匹配问题。 四端叠层相对简单，前提是成熟的单结钙钛矿。四端叠层是将顶层的钙钛矿电池与底层的晶硅或钙钛矿通过玻璃连接， 仅通过光学耦合，不涉及复杂的电流匹配，工艺上相对简单。四端叠层发展的前提是稳定、高效的单结钙钛矿，四端 叠层也是主流单结厂商主张的叠层路线。

钙钛矿/晶硅叠层有希望成为主流路径之一。从短期的角度来看，钙钛矿可能仍然难以取代目前的晶硅电池。主动拥 抱成熟的晶硅产业，发展钙钛矿/晶硅叠层，为晶硅电池进一步增效，或许会成为钙钛矿产业化的一条可行之路。同 时，这样的发展路径也可以为钙钛矿的产业化争取更好的生存和发展空间。

两端全钙钛矿是终极叠层解决方案，随核心瓶颈突破也有望逐步应用。全钙钛矿叠层拥有更高的叠层理论效率，两端 全钙钛矿也被视为是终极的叠层解决方案。宽带隙溶液的卤素相分离、窄带隙的锡氧化问题与互联层结构的挑战较大。 近年来，随着科研界对于两端全钙钛矿叠层电池的效率与溶液配方的突破，以仁烁光能为代表的初创企业，依托强大 的科研实力（该公司谭海仁团队曾创造全钙钛矿叠层世界纪录），直接选择了两端全钙钛矿叠层结构作为其产业化的 主要方向。仁烁光能提出通过阻止前驱体溶液中 Sn4+的生成以及增强晶粒表面缺陷钝化的缺陷调控手段，应对窄带 隙薄膜中的锡缺陷态，提升载流子寿命和扩散长度。同时，创新性的提出以致密互联层和金属复合层，互联两结电池 的隧穿结结构。

重点企业分析

1、协鑫光电（范斌）：钙钛矿技术产业化进展

配方、涂布与结晶、PVD、激光和封装是钙钛矿产业化要点所在。配方包括钙钛矿、添加剂、钝化剂和缓冲层材料。 配方决定了钙钛矿电池效率的上限，产线的配方在不断迭代。协鑫光电的钙钛矿层主要使用涂布方法制造，涂布设备 来源于上海德沪，结晶设备来源于自主研发。钙钛矿晶体的尺寸、均一性和贯穿率体现结晶环节的工艺水平，结晶环 节是钙钛矿组件的尺寸放大和大规模制造的主要挑战。PVD 设备来源于国内及韩国供应商。钙钛矿组件需要使用激 光进行划线形成串联和清边，激光划线的效果显著影响组件的效率和稳定性，其精度需达到百纳米级别。当前激光设 备来源于大族、迈为等国内一线厂商。封装设备可以与晶硅行业共用，封装材料需使用 POE。当前协鑫光电钙钛矿 太阳能电池已完成“双 85”测试。

协鑫光电预计 2025 年建设 5-10GW 产线。2022 年，协鑫光电已经完成 100MW 钙钛矿产线工艺的开发，组件效率 达到 16%，预计 2024 年将建设 1GW 生产线，组件效率达到 20%，2025 年将建设 5-10GW 生产线，组件效率将达 到 22%。当前除了协鑫集团以外，IDG、腾讯和红杉中国等资本不断进入钙钛矿领域，行业发展有望提速。此外，协 鑫光电认为，在硅片上生长钙钛矿电池难度高于玻璃基底，当前优先解决单结钙钛矿电池制造工艺。

2、仁烁光能（谭海仁）：高效率全钙钛矿叠层太阳能电池和组件

窄带隙电池与隧穿结是全钙钛矿叠层主要瓶颈。隧穿结方面，仁烁光能率先提出一种原子层沉积制备致密互联层和金 属复合层的新型隧穿结结构，大幅简化制程，实现全溶液法制备叠层器件中的钙钛矿薄膜。窄带隙钙钛矿性能差是限 制叠层电池性能的关键瓶颈，提升窄带隙钙钛矿载流子扩散长度是核心课题，仁烁光能采用了缺陷调控策略，降低钙 钛矿薄膜的锡空位缺陷和增强晶粒表面缺陷钝化。仁烁光能当前实验室全钙钛矿叠层电池国际认证效率达到 26.4%， 创造新的世界记录，未来将追求效率 30%以上的全钙钛矿叠层电池。

大面积组件制备技术和柔性全钙钛矿叠层电池是未来方向。仁烁光能采用全溶液法印制钙钛矿层，所有功能层均采用 可规模化技术。采用两性离子还原剂，提升膜的均匀性，抑制锡的氧化和钝化缺陷。对于宽带隙钙钛矿薄膜，利用刮 涂法制备，通过铯含量调控，加快形核和结晶，获得均匀致密的宽带隙钙钛矿薄膜。同时，采用 ALD 制备的 SnO2 作为保形扩散阻隔层，保形生长并阻隔水氧，使得组件可在大气环境下完成激光划刻。当前公司最新全钙钛矿叠层组 件的认证效率为 24.5%，已被最新一期记录表收录。公司还着力开发柔性全钙钛矿叠层电池，采用分子桥接空穴传输 层，实现界面能级的最优匹配，柔性全钙钛矿叠层电池展现出高转化效率和优异的弯曲耐折度。

3、德沪涂膜（王锦山）：钙钛矿光伏产业化0-1及德沪涂膜设备解决方案

钙钛矿未来几年或厚积薄发，行业将会发生洗牌。当前钙钛矿行业属于技术和资本推动，而非市场推动，仍属于亚稳 态产业。当前 1.0 企业处于 0-1 技术爬坡阶段，组件光电效率目标为 18%，由协鑫、纤纳引领，极电、宁德、仁烁等 加速追赶。2023 年-2024 年，GW 生产线有望投建。2.0 企业大多由学者创业，有一定后发优势。光晶、脉络、能丰 等公司在筹建 100MW 生产线，未来在资本的加持下，部分 2.0 企业将进入第一阵线，钙钛矿行业会发生洗牌。 钙钛矿优势是大幅下降的成本和独特的应用场景。在当前光伏的应用场景下，钙钛矿无法取代晶硅。晶硅/钙钛矿叠 层太阳能电池会成为主流的技术之一，晶硅与钙钛矿的结盟将会为钙钛矿的产业化和商品化提供更好的生存和发展空 间。钙钛矿无需在综合性能上与晶硅电池 PK，钙钛矿的优势是大幅降低的成本和独特的应用场景。

大尺寸平板行业的溶液法和封装技术值得借鉴。钙钛矿的发展与平板显示有一定相似之处。首先趋向于薄和柔，而后 使用溶液成膜的方法取代真空镀膜，最终尺寸不断扩大。大面积钙钛矿和溶液法制备将成为未来的技术发展趋势，可 以大幅降低成本。此外，钙钛矿的封装方式更接近于平板显示。当前平板显示行业有三种封装方法，分别为 Frit、TFE 及 Getter&Dispenser 封装法。其中，Getter&Dispenser 封装法可以应用于钙钛矿封装。

德沪涂膜提出大面积涂布全套解决方案。当前大面积钙钛矿制备的痛点在于难以控制钙钛矿薄膜结晶的一致性。德沪 涂膜推出高性能涂膜设备，已经达到 70%的市场占有率，质量处于世界领先水平，性价比高于日韩企业，当前已为协 鑫光电全球第一条 100MW 钙钛矿产线提供大尺寸核心狭缝涂膜装备。同时，德沪涂膜提供干燥-结晶部件及设备， 包括风刀、红外、VCD 和激光。2023 年，德沪将完成核心设备的开发和推出关键工艺段的设备解决方案，推出 20MW 中试线平台和 100MW 涂-干-结晶工艺平台。

4、中科院院士（褚君浩）：碳中和背景下太阳能技术

单晶钙钛矿电池性能更优秀，但仍处于研究早期。钙钛矿材料可溶液加工、无需高温处理（＜150℃）、带隙可调且 具备很高的缺陷容忍性，钙钛矿太阳能电池已成为新一代光伏电池技术的方向之一。多晶钙钛矿电池有两大挑战，分 别为大面积制备时晶粒均匀性难以保证和稳定性大幅下降。单晶钙钛矿性能更加优异，其氧化仅存在表面，稳定性高， 可在潮湿环境下长期保存，且生长过程中允许任意尺度的放大，不会降低生长质量，因此不存在放大性和稳定性问题。 单晶钙钛矿器件的研究仍处于早期阶段，发表的论文较少。

从目前研究结果来看，单晶的效 率提升非常显著，符合理论预测中单晶更高的器件效率。但当前单晶钙钛矿电池效率为 22.8%，仍远低于多晶钙钛矿 （25.7%），且单晶薄膜制备仍较为困难，需要后期进一步的研究和完善。 多样化应用场景助力行业快速发展。根据我国双碳目标，即“2030 实现碳达峰，2060 实现碳中和”，我国能源结构 将加快向清洁低碳转型，清洁能源装机规模增长提速，预计 2023 年我国风电、光伏装机总容量将达到 12 亿千瓦以 上。光伏行业有望与制氢、5G 通信新能源汽车和建筑等行业结合，在多个领域应用。

5、方昇光电（祝晓钊）：钙钛矿电池核心设备——真空蒸镀机的国产化制造

溶液法存在一定痛点。溶液法制备工艺存在不足，如钙钛矿结晶速度快，薄膜均一性受限；极薄界面钝化层难加工； 膜层间溶剂破坏作用大；溶剂有毒；温湿度等无意偏差大。在钙钛矿组件制备中，溶液法加工遇到三大挑战。首先， 钙钛矿光活性层成膜过程中影响因素多，再现性差，缺陷较多。其次，界面钝化层膜层较薄，溶液法大面积制备难以 控制厚度。最后，电荷传输层采用真空蒸镀的方法制备，干湿混合制程切换繁琐。

真空蒸镀技术优势明显。真空蒸镀衬底选择性高，无溶剂再现性好，成膜均匀，无化学吸附，无需高真空成本适中。 当前，真空蒸镀技术在钙钛矿制备中有丰富的应用场景。在反式最高效率器件中，界面钝化层、电子传输层、空穴阻 挡层、金属电极均使用真空蒸镀技术制备；在蒸镀型钙钛矿器件之中，钙钛矿层和金属电极使用真空蒸镀的方法制备。 在硅-钙钛矿叠层器件中，界面钝化层、电子传输层和金属电极采用真空蒸镀的方法制备。全钙钛矿叠层器件中，电 子传输层、隧穿层、空穴阻挡层和金属电极采用真空蒸镀方法制备。在大面积组件应用之中，金属栅格、钙钛矿层、 阻挡层、背电极均采用真空蒸镀进行制备。

方昇提出解决方案助力蒸镀技术在钙钛矿领域大规模应用。蒸镀技术的蒸发速率较低，方昇采用多元共蒸和降低 TS 距离来提高蒸发效率；针对材料利用率低的问题，方昇通过衬板优化设计回收材料，将材料的利用率提升至 80%以上； 针对 PbI 防腐蚀难的问题，方昇通过线源防腐蚀设计、内衬防腐蚀设计和真空泵选型来进行解决；针对设备成本高的 问题，方昇自主研发膜厚仪和线源，降低设备成本。此外，方昇自主研发设计线性蒸发源，线源宽度缩小一半，在节 约成本、缩短到达真空条件的同时，容易实现多源精准共蒸，提高膜厚的精准控制。方昇还采取全新的回转型蒸镀结 构，使蒸镀模板的空载回传距离大大缩短。方昇的防腐蚀技术能使蒸镀机实现腐蚀性材料的蒸镀。

6、捷佳伟创（陈麒麟）：钙钛矿与叠层电池关键设备展望

RPD 设备在钙钛矿电池应用中优势显著。当前主流 PERC 技术的转换效率达到瓶颈，TOPcon 技术快速发展。此外。 HJT、IBC 等技术也在逐步发展中。钙钛矿/晶硅叠层电池及全钙钛矿叠层电池由于极限转换效率高，有望成为未来主 流技术路线，当前实验室钙钛矿/晶硅叠层电池效率已达到 32.5%（HZB），全钙钛矿叠层电池的效率已达到 29%（南 京大学）。在钙钛矿叠层电池的制备过程中，RPD 设备优势显著。

首先，RPD 的粒子轰击能量较低（＜30eV），对 钙钛矿层的轰击损伤较小。RPD 制备的薄膜质量更高，电导率较高，光透过率较高。此外，RPD 所用的国产靶材价 格较低，IWO 已从 1500 元/颗降至 500 元/颗以下，靶材本土供应商较多。捷佳伟创拥有全工序高精密真空镀膜装备， 创新设备整合-MARS，PARS，且掌握电池技术的叠加与整合，未来有望在钙钛矿镀膜设备领域快速增长。

7、光晶能源（黄福志）：钙钛矿大面积制备技术及挑战

钙钛矿制备方法多元，产业化进度不断推进。钙钛矿可以使用蒸镀和溶液法来进行制备。钙钛矿产业化进度分为三个 阶段。1）2009-2021 年为研发阶段：新型有机无机杂化钙钛矿电池研发；实验室最高效率与晶硅电池相当；稳定性 不断提高；材料逐步成型。2）2018-2025 年为成果转化中试阶段：钙钛矿电池放大技术与组件连接技术开发；产业 化装备设计开发；组件寿命提升；中试产品线试制。3）2025 年以后为产业化应用阶段：大组件批量生产流程的标准 化设计；量产线产品产能及良品率爬坡；原材料及设备国产化；降本增效抢占市场。目前，钙钛矿的产业发展主要在 中国，钙钛矿企业当前处于产品放大阶段，小试走向中试（100MW），目前还没完全跑通中试通道。

大面积钙钛矿薄膜制备存在难点。钙钛矿薄膜厚度较薄，须致密无孔洞，否则会出现漏电，且晶粒尺寸要大。大面积 钙钛矿薄膜的制备的关键在于瞬间提高湿膜中的过饱和度，可以使用反溶剂法、吹气法、抽真空法及骤冷法等不同工 艺控制钙钛矿结晶。当前，大面积钙钛矿薄膜的制备方法可以分为一步法和两步法。1）一步法：主要通过后段钙钛 矿控晶技术实现大面积钙钛矿薄膜的制备，主要通过吹气、抽气、揭膜、浸泡、加热等工艺实现后段控晶。2）二步 法：首先制备大面积碘化铅薄膜，而后再使用铵盐与碘化铅反应，制备大面积钙钛矿薄膜。在二步法中，可以引入添 加剂（如 TBP）造孔，控制碘化铅形貌，进而可调控钙钛矿薄膜界面；控制退火时间，调控钙钛矿薄膜制备；选用不 同铅源，制备大面积钙钛矿薄膜。

8、牛津大学高等研究院（黄劲松）：用TOASiW12修饰铝电极的高效稳定的反式钙钛矿

太阳能电池 有效的界面改性和修饰可以实现将铝电极应用，并获得高效率稳定钙钛矿。TOASiW12 作为阴极界面层在铝为电极的 反式钙钛矿太阳能电池中实现了 20.64%的转换效率。因为 TOASiW12 能阻挡铝原子进入钙钛矿层同时抑制水分子进 入器件，器件稳定性得到了显著提升。未封装的器件暴露在空气（45%相对湿度）350 小时后器件转换效率仍能稳定 在初始效率的 80%以上。 TOASiW12 可以用于钙钛矿器件的铝界面修饰； TOASiW12 具有强疏水性，可以有效阻挡水的侵入； TOASiW12 与铝之间存在强电子转移，能有效限制铝原子的扩散，并能在界面处形成 AlOx 层对水氧起到很好的 屏蔽效应。

9、大正微纳（虞旺）：柔性钙钛矿光伏产业化技术与应用场景

柔性钙钛矿产业化进程不断推进。柔性钙钛矿需要在有机薄膜上进行多层纳米级薄膜制备，并且工艺条件、材料选择 均受到有机物基底限制，其制造难度较刚性（玻璃基底）钙钛矿更大。大正微纳是国内唯一柔性钙钛矿薄膜太阳能电 池产业化企业，100MW 级量产线投资已经确定，柔性钙钛矿产品已经小批量出货，600*1200mm 大尺寸柔性组件效 率提升，预计 2022 年底开始进行大组件送样，计划于 2023 年在国内完成数个样板工程。当前大正微纳在手可执行 订单 160MW，金额超过 10 亿元。 大正微纳掌握柔性钙钛矿量产技术。大正微纳采用矩阵式 Ink Jet，可以利用微型喷头连续喷射小液滴形成膜面，进 而精准控制液面。同时，大正微纳自研狭缝涂布设备，已实现自用，膜厚的均匀性小于±3%。

投资建议

第四届全球钙钛矿与叠层电池产业化论坛于 1 月 8-10 日于常熟召开，参会企业包括众多行业内知名钙钛矿及设备厂 商。会议核心议题包括钙钛矿的理论优势、产业化进度、叠层电池以及工艺路线。总体看，钙钛矿有很强的理论优势， 当前正在经历从0到1的发展阶段；大面积制备的工艺问题和工艺路线是目前产业化关注的焦点之一；除单结电池外， 不同的叠层方案的产业化尝试广受关注。本报告主要汇总和简评此次论坛涉及的主要议题，关于钙钛矿的寿命问题系 列解决方案、封装的工艺等后续再专题更新。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）