2024年钙钛矿电池行业研究：产业化进程提速，奔赴星辰大海

一、钙钛矿是第三代太阳能电池技术，发展前景广阔

（一）钙钛矿电池因其光电转换层材料得名，下游应用场景丰富

太阳能电池是一种将太阳光转换为电能的设备，可以利用光子的能量，通过光电效应产 生电流。从发展过程来看，通常将太阳能电池技术分为三代：

（1）第一代晶硅电池，主要以多晶硅、单晶硅电池为代表，目前技术成熟度、光电转换 效率和商业化程度均相对较高。目前，晶硅电池技术在光伏市场占据主导地位，占市场 份额 90%以上。目前，第一代晶硅电池的实验室转换效率越来越接近其理论效率极限 29.4%，提升空间有限。

（2）第二代多元化合物薄膜电池，主要包括砷化镓（GaAs）、铜铟镓硒（CIGS）、碲化 镉（GdTe）、磷化铟（InP）等类型的太阳能电池。这类电池原材料消耗低、质量更轻、 活性材料灵活性高，可以满足多种不同应用需求。转换效率方面处于较高水平，单结 GaAs 电池可达 28%-30%。但由于这类电池使用的部分活性材料具有毒性或储量稀少，大规模 量产仍存在难度。

（3）第三代新型电池，主要包括钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机太阳能 电池、量子点太阳能电池等。这类电池具备原料无毒、储量丰富、成本低、工艺简单且可 柔性制备等多重优点。其中单结钙钛矿太阳能电池的理论转换效率达 33%，与晶硅电池 组成叠层电池后，转换效率还将进一步提升，未来发展前景广阔。目前行业大多仍处于 中试线阶段，部分领先企业将陆续启动 GW 级产线建设。

钙钛矿电池因其光电转换层使用钙钛矿结构的材料而得名，指通用化学式为 ABX3 的一 类材料。在 ABX3 晶体中，BX6 构成正八面体，BX6 之间通过共用顶点 X 连接,构成三 维骨架，A 嵌入八面体间隙中使晶体结构得以稳定。其中 A 为大半径的一价阳离子（如 甲胺阳离子 MA+、甲脒阳离子 FA+、铯离子 Cs+等），B 为小半径的二价阳离子（如亚铅 离子 Pb2+、亚锡离子 Sn2+、亚锗离子 Ge2+等），X 通常为卤素阴离子（如氟离子 F-，氯 离子 Cl-，溴离子 Br-，碘离子 I-等）。常见的钙钛矿材料主要有 FAPbI3、MAPbI3 等。

钙钛矿具有轻质、柔性、弱光性高等特点，下游应用场景广阔。（1）光伏建筑一体化（BIPV）， 钙钛矿可以做到自然半透，同时颜色可调，因此既可以作为发电幕墙，也可以用于发电 石材。（2）车顶光伏，汽车对面积及重量相对敏感，轻质的钙钛矿组件是理想的材料之 一。（3）移动设备和电子产品，钙钛矿低温即可制备，可制成柔性器件，应用于可穿戴 电子产品的移动电源。（4）联网传感器，钙钛矿的弱光发电性能好，可以在室内弱光条 件下为物联网传感器提供可靠稳定的电力来源，让物联网更加轻量化也更可靠。（5）大 型地面电站及分布式光伏，钙钛矿理论转换效率高，且可以与晶硅电池叠层实现更高转 换效率，未来在光伏电站场景具有较大发展潜力。

（二）工作原理与晶硅电池类似，材料体系灵活可设计性强

钙钛矿太阳电池通常由导电基底（ITO/FTO）、电子传输层（ETL）、钙钛矿光吸收层、 空穴传输层（HTL）以及金属电极组成。当太阳光入射到电池表面时，钙钛矿材料吸收 太阳光，能量大于吸收层材料禁带宽度的光子被其吸收，钙钛矿材料内部的电子由基态 转变为激发态，在材料内部形成光生空穴和光生电子，光生电子被电子传输层吸收传至 阴极，进入外电路，而光生空穴被传输至阳极，再进入外电路与光生电子汇合，形成闭 合回路产生电流。

常见的钙钛矿太阳能电池有正式介孔结构、正式平面结构、反式平面结构。按照电荷的 传输方向钙钛矿太阳能电池可以分为 n-i-p 结构（正式结构）和 p-i-n 结构（反式结构）， 按照传输层的结构不同可以分为介孔结构和平面结构。正式介孔结构的电子传输层材料 需要高温烧结，耗能较高的同时也在一定程度上限制了其柔性基底的选择。相较于介孔 结构，平面结构具有制备工艺简单、开路电压更高等优势，更适用于柔性电池、叠层电 池和大面积电池的发展。一般情况下，采用正式结构通常具有更高的转换效率，采用反 式结构则表现出更优秀的长期稳定性。

钙钛矿电池材料体系灵活，具有可设计性。每种太阳能电池的活性层材料不同，对应的 带隙不同，对太阳光谱的响应范围存在差异，如晶硅的带隙约 1.12eV，砷化镓（GaAs） 的带隙约 1.4Ev，钙钛矿材料 MAPbI3 的带隙约为 1.55eV。钙钛矿电池吸收层中 A、B、 X 元素的配比可以灵活调整，可对应调整钙钛矿材料的带隙，寻找与最佳带隙契合且稳 定的钙钛矿材料仍然是未来研发的重点方向之一。钙钛矿材料的可设计性为优化光电转 换效率、提高稳定性和适应不同应用场景提供了广泛的空间。

除钙钛矿吸收层的材料可设计外，电子传输层、空穴传输层、电极层和导电层材料同样 有较多选择。 （1）导电层：基材一般为柔性材料、玻璃等，并通过物理或化学镀膜方法均匀的镀一层 导电氧化物。如 ITO 导电玻璃表面镀层是氧化铟锡，FTO 导电玻璃表面镀层是氟掺杂氧 化锡。 （2）电子传输层（ETL）：常见材料有金属氧化物和有机材料，如 TiO2、ZnO、SnO2、 富勒烯 C60 及其衍生物 PC61BM、苝酰亚胺（PDIs）类和萘酰亚胺类（NDIs）等。高质 量的富勒烯及其衍生物薄膜可以在低温溶液中制备；苝酰亚胺类材料合成价格相对便宜； 金属氧化物材料可以通过低温工艺制备，过程简单且易于大规模制备。 （3）钙钛矿吸光层：基础材料为钙钛矿前驱液，由碱金属卤化物钙钛矿和有机金属卤化 物钙钛矿组成。如有机金属三卤化物 CH3NH3PbX3（其中 X=Cl\Br\I），其中 CH3NH3PbI3 （铅碘甲胺）最为常见。制作金属卤化物钙钛矿所需的原材料储量丰富，成本低廉，配 置前驱液的工艺相对简单，对溶液纯度以及后续加工环境没有过高的要求。 （4）空穴传输层（HTL）：空穴传输层材料分为三类，导电聚合物、有机小分子材料和 无机半导体材料。较为经典的有机空穴传输材料为 spiro-OMeTAD 及其改性材料。常见 的聚合物材料有 PEDOT:PSS，具有高热稳定性、良好的加工性和机械柔韧性、透光率高 的特性。常见的无机半导体材料有 CuI、CuSCN 等，无机空穴传输材料，合成简单，成 本较低。 （5）电极层：一般使用银、铜等金属电极，或金属氧化物等作为电极层材料。

（三）叠层电池光谱响应范围更宽，进一步打开转换效率的天花板

单结钙钛矿电池最大理论转换效率为 33%。钙钛矿材料带隙根据组分的不同可在一定范 围内调节，理论极限效率可达 33%，接近单结电池理论转换效率极限 33.7%（对应理想 带隙 1.34eV），高于晶硅的理论极限 29.4%。 多结电池组成的叠层电池可以进一步提升转换效率。以双结电池为例，通常选择宽带隙 的材料作为顶电池，窄带隙材料为底电池。当太阳光垂直照射在叠层器件上，宽带隙顶 电池吸收能量高于带隙的高能光子；低于顶电池带 隙的低能量光子不被吸收，透过顶电池到达底电池表面被吸收，底电池拓宽了整个器件的光谱吸收范围。叠层电池光谱响应范围更宽，拥 有更高的转换效率，双结、三结电池的理论转换效率分别可以达到 45%、49%。

两端（2-T）集成一体以及四端（4-T）机械堆叠是目前关注度较高的两类叠层结构。双 结叠层电池按连接方式可分为两端(2-T)叠层、三端(3-T)叠层和四端(4-T)叠层结构，按堆 叠方式可分为集成一体结构和机械堆叠结构。其中四端（4-T）机械堆叠结构引入了两个 完整的子电池，简单机械堆叠上下并联，各有两个电极，电路相互独立，整体一共四个 电极；但由于器件整体功能层较多，会产生多种吸光损失。两端（2-T）集成一体结构是 在电池制作时通过中间复合层或隧穿层实现叠层串联，形成一个完整的电池，整体一共 两个电极，可以极大地降低非活性层的寄生吸收，提高器件的光子利用率，具有较高的 效率潜力；但由于晶硅是绒面，在绒面上难以镀膜，两端叠层生产难度较大。

（四）钙钛矿电池目前正处于快速成长期，转换效率不断突破

第一块钙钛矿太阳能电池器件于 2009 年问世，历经多年发展转换效率迅速跃升。2009 年，日本科学家 Kojima 和 Miyasaka 将钙钛矿这种材料应用到染料敏化太阳能电池中， 实现了 3.8%的光电转换效率，制备出全球第一个具有光电转换效率的钙钛矿太阳能电池 器件。此后，钙钛矿电池迅速发展，转换效率不断突破跃升，2012 年-2018 年，仅六年左 右时间钙钛矿电池效率提升超过 10pct。 目前，钙钛矿正处于快速成长期，电池效率仍不断被刷新。据 NREL 效率纪录，单结钙 钛矿电池方面，2023 年 7 月，美国西北大学和加拿大多伦多大学共同创造了钙钛矿电池 稳态效率的认证世界纪录 26.1%。叠层钙钛矿电池方面，2023 年 11 月，隆基绿能自主研 发晶硅-钙钛矿叠层电池效率达到 33.9%，是目前全球晶硅-钙钛矿叠层电池效率的最高纪 录。

二、钙钛矿制备工艺暂未标准化，镀膜及涂布为核心设备

钙钛矿生产的工艺流程主要包括薄膜制备、激光刻蚀、封装等步骤。以协鑫光电的单结 钙钛矿组件生产流程为例，包含导电玻璃清洗、P1 激光划刻、沉积空穴传输层、沉积钙 钛矿层、沉积电子传输层、P2 激光划刻、沉积背电极、P3 激光划刻、P4 激光清边、检测 分拣和封装等步骤。 钙钛矿生产过程中涉及的设备主要有镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备等四大 类。镀膜设备包括 PVD（磁控溅射、蒸镀等物理气相沉积）、RPD（等离子沉积）、ALD （原子层沉积）、CVD（化学气相沉积）等；涂布设备包括狭缝涂布、刮刀涂布等；激光 设备包括刻蚀、切割、清边等。

其中镀膜设备主要用于制备空穴传输层、电子传输层、背电极；涂布设备主要用于制备 钙钛矿吸收层；激光设备主要用于激光划线，阻断导通，以形成电池的串联结构。

（一）钙钛矿层制备的主流工艺为狭缝涂布，蒸镀发展潜力大

钙钛矿电池最重要的部分是钙钛矿吸收层，其成膜质量直接决定了钙钛矿电池的性能。 目前，钙钛矿层制备方法主要包括一步溶液沉积法（湿法）、两步溶液沉积法（湿法）、气 相溶液辅助沉积（干湿法结合）和双源气相沉积（干法）等。干法与湿法工艺各有优劣 势，从目前的产业实践来看，湿法工艺的经济性更好，干法工艺可以获得质量更高的钙 钛矿层，各企业在质量与经济性之间权衡，最终方案暂未定型。

两步溶液沉积法性价比更高，从设备工艺来看，狭缝涂布是目前产业主流。溶液法制备 钙钛矿薄膜操作简单，可以实现较好的涂布成膜效果，应用前景广阔；其中两步法相较 于一步法制备的钙钛矿层在表面形貌和平整度方面均有改善，性价比更高。按设备工艺 分类，主要有刮刀涂布、狭缝涂布、丝网印刷、喷涂、喷墨打印法等。 （1）刮刀涂布：刮刀涂布法是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。 （2）狭缝涂布：可以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，涂布头在制备过程中与基底无直接接触，可以避免由于基底平 整度不好而导致直接刮蹭。此外，狭缝涂布法可以将溶液密封在储液罐中，提高溶液利 用率的同时，也能保证溶液浓度的统一和减少对操作人员的影响。 （3）丝网印刷：丝网印刷法是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。 （4）喷涂及喷墨打印：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技术。喷涂法中常用的喷头有高压气喷头和超声喷头等。与喷涂法 不同，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。 真空蒸镀成膜质量高，更适用于叠层电池，未来发展潜力大。也有部分厂商采用蒸镀的 方式制作钙钛矿层，由于工艺较为复杂，目前设备较为昂贵，材料利用率相较溶液法更 低。但蒸镀法制备的钙钛矿层表面覆盖率高，成膜质量更好，更适用于叠层电池。随着 蒸镀工艺的成熟以及降本的持续推进，一步共蒸技术有望成为未来主流。

（二）电荷传输层以及电极层的制备通常采用 PVD 工艺

PVD（物理气相沉积）是电荷传输层以及电极层的制备的主流工艺。PVD 主要是指在真 空条件下，采用物理方法将材料源（固体或液体）表面气化成气态原子或分子，或部分 电离成离子，并通过低压气体（或等离子体）过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能 的薄膜的技术，物理气相沉积是主要的表面处理技术之一。 PVD 镀膜技术按制程工艺主要分为三类，真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜和真空离子镀膜。

（1）蒸镀是较早开发的并应用的 PVD 技术，成熟度较高。蒸镀主要是指在真空室内通 过加热靶材，并使其蒸发形成蒸汽流，而镀件的表面温度较低，靶材在镀件表面凝固形 成薄膜。在原理和工艺上都相对简单。但由于靶材对镀件几乎没有冲击，薄膜附着力较 差，一般适用于低熔点的材料镀膜。

（2）溅射制备的薄膜附着力较强，其中磁控溅射应用最为广泛。溅射指真空环境下，利 用高能粒子轰击靶材，使靶材表面的原子获得能量而逃逸的过程。被溅射的靶材沉积到 基材表面称为溅射镀膜，其中磁控溅射的应用最为广泛。相比于蒸镀，磁控溅射具有材 料覆盖彻底、附着力强等优点，但磁控溅射靶材利用率相对较低，离子能量较高可能会 对基层造成损伤。

（3）离子镀的成膜质量高、对基底的损伤较小。离子镀指在真空条件下，利用气体放电 使气体或被蒸发物质部分电离，并在气体离子或被蒸发物质离子的轰击下，将蒸发物质 或其反应物沉积在基片上的方法。其中反应式等离子镀（RPD）可用于钙钛矿电子传输 层和金属氧化物电极层的制备。RPD 工艺过程更为温和，降低了对衬底轰击造成的损伤， 但其生产效率和靶材利用率较低，限制了 RPD 大规模普及。且 RPD 设备核心部件依赖 进口，且专利受日本住友限制，国内仅捷佳伟创获授权可以生产相关 RPD 设备。

根据所使用的材料不同，空穴传输层、电子传输层、透明导电层、金属电极存在多种不 同工艺路径，一般使用 PVD 或 RPD 镀膜设备。 （1）空穴传输层：目前主流使用磁控溅射 PVD 工艺制备，也有部分厂商选择蒸镀或涂 布工艺。 （2）电子传输层：目前主流使用反应式等离子镀 RPD 工艺制备，其本质也是 PVD 的一 种，也有部分厂商选择蒸镀或 ALD 工艺。一般不使用磁控溅射 PVD 的主要原因是，目 前产业化的钙钛矿电池以 p-i-n 反式结构为主，高能粒子轰击时可能会对下面的钙钛矿层 造成损伤。 （3）透明导电层（顶电极）：目前主流采用磁控溅射 PVD 工艺制备，也有部分厂商使用 CVD 制备，将 ITO 或 FTO 沉积在玻璃衬底上，进而形成导电玻璃。目前一般使用 ITO （氧化铟锡），FTO（氟掺杂氧化锡）导电性稍差，但经济性更高。 （4）金属电极（背电极）：目前主流使用磁控溅射或蒸镀等 PVD 工艺制备，工艺相对比 较成熟。产业化生产一般使用 TCO 材料，实验室为了提高电池转换效率，一般使用金、 银等贵金属。

（三）钙钛矿电池通常需要四道激光工序，对精度要求高

激光工序涉及整个钙钛矿电池的制备过程，主要用于刻蚀和清边。在钙钛矿电池各层薄 膜的制备工序之间，通常需要穿插刻蚀划线工序，以形成电池的串联结构。划线可以通 过化学腐蚀法、光刻掩膜法、机械划线法和激光划线法等实现。激光划线由于可以产生 更细的线槽，更小的损伤，已逐渐取代其它的方法成为目前主要的划线手段。激光工序 的精度会直接影响各层薄膜的损伤缺陷和切面平整程度，进而影响电池的寿命和转换效 率，因此高精度的激光设备在钙钛矿电池生产过程中不可或缺。

刻蚀可以阻断导通，并形成单独的模块，以实现钙钛矿电池的分片；清边主要实现电池 边缘的绝缘处理。在 P1-P3 的刻蚀环节，激光主要起到切割作用，可以使材料表面快速 加热到汽化形成槽线，阻断电路导通，以实现电池分片串联。P4 将边缘清理干净后便于 后续的封装工序 （1）P1 激光刻蚀：该工序在透明导电电极 TCO 沉积后，主要实现 TCO 层的刻蚀，同 时不伤及透明玻璃，形成相互独立的 TCO 衬底。 （2）P2 激光刻蚀：依次制作电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层之后，用激光刻蚀上述 三层，暴露出 TCO 层，形成一道线槽。下一步进行金属电极沉积时，金属会填满这道线 槽，从而实现子电池之间的正负极相互连接。 （3）P3 激光刻蚀：该工序在金属电极沉积后，划开金属电极/空穴传输层/钙钛矿层/电子 传输层，而不伤及 TCO 层，从而实现相邻电池的分离。该工序对激光划线的精细控制能 力要求较高。 （4）P4 激光清边：利用激光清除电池边缘的沉积膜，对边缘区域做绝缘处理。

（四）封装阻隔性能要求高，可对标 OLED 封装

钙钛矿电池对水汽高度敏感，阻隔性能要求接近 OLED 显示封装。晶硅电池对水汽透过 率要求在 10-1g/（m2·d）水平，而钙钛矿则要求接近 10-5g/（m2·d），钙钛矿电池封装的阻 隔性能要求高出晶硅电池几个量级，接近柔性 OLED 显示的封装要求。 常见的钙钛矿组件封装方式一般分为间隙封装结构和无间隙封装结构。（1）间隙封装结 构：采用覆盖层（例如玻璃、聚合物板）和边缘密封，以避免氧气和水分从侧面渗透。覆 盖层和 PSC 之间没有封装胶可以大大减少偶然的降解。为了进一步增强 PSC 对潮湿的长期稳定性，可以在边缘放置干燥剂，以吸收可能渗透到装置中的水蒸气。（2）无间隙封 装结构：封装胶始终粘在光伏器件上，光伏器件与封装材料之间没有间隙，以抑制钙钛 矿组件的挥发，保护效果更好，但对封装材料的透光性能要求高。无间隙封装可分为单 层封装和多层封装两种类型，与多层封装相比，单层封装在制造和与太阳能电池集成方 面更为简单。

三、钙钛矿电池产业化潜力突出，大面积制备及稳定性仍需突破

（一）高生产效率和低能耗的优势奠定钙钛矿产业化基础

1、制造链条相较于晶硅显著缩短，生产效率明显提升

钙钛矿组件在单一工厂即可实现生产，相较于晶硅生产链条显著缩短。晶硅电池生产通 常需要经过硅料、硅片、电池、组件等多个工厂，若不考虑不同工厂间的运输过程，从硅 料到组件完工需要约 3 天时间。相较于晶硅组件，钙钛矿组件的生产流程大幅缩短，玻 璃、胶膜、靶材和化工原料等原材料通过单一工厂流水线即可完成生产制造，组件成型 只需要约 45 分钟时间。

2、工艺温度不超过 150℃，生产过程中能耗较少

钙钛矿制备条件温和，可有效降低生产能耗。通常情况下，钙钛矿组件的各功能层可通 过温和条件制备，通过涂布、物理气相沉积等工艺即可实现成膜，整个生产过程温度不 超过 150℃，而晶硅材料制备时，拉晶的工艺温度 1700℃极大降低了生产能耗。据协鑫 光电，制造 1 瓦单晶组件的能耗大约为 1.52KWh，而每瓦钙钛矿组件的生产能耗仅为 0.12KWh，单瓦能耗仅占晶硅的 1/10。

（二）稳定性和大面积制备仍是钙钛矿电池产业化亟需解决的难题

1、钙钛矿材料存在长期稳定性问题，目前寿命相对较短

长期稳定一直是钙钛矿电池面临的主要问题，导致其理论寿命明显低于晶硅。稳定性表 现在材料、器件和组件等环节，任何一个环节材料性能失效都会导致产品性能衰减。目 前，钙钛矿电池的理论使用寿命约 5-15 年，明显低于晶硅组件的 25 年。

钙钛矿材料稳定性较差，易发生分解。钙钛矿材料常使用在潮湿、高温、光照紫外线等 因素的环境下，在此类环境中，材料稳定性较差，容易发生分解，导致材料内部结构发 生变化，最终使钙钛矿太阳电池的光电转换效率不断下降。以常见的钙钛矿材料碘化铅 甲胺为例（MAPbI3），MAPbI3 在光和氧气作用下降解，氧化过程中产生的水与内部 MAPbI3 水合，导致钙钛矿材料降解，进而使得钙钛矿材料的晶体结构发生变化。

钙钛矿太阳能电池中，除了钙钛矿活性层之外，传输层和电极也是影响器件性能的关键 因素。（1）电子传输层：正向结构钙钛矿太阳能电池中通常选择氧化钛、氧化锌和一些 掺杂金属氧化物作为电子传输材料，在光照情况下氧化钛、氧化锌会产生光生空穴并催 化分解钙钛矿材料。（2）空穴传输层：其材料对碘离子比较敏感，钙钛矿材料分解产生 的碘离子会扩散进空穴传输材料中，降低其电荷传输性能。（3）电极材料：电极中的金 属原子可以通过扩散作用进入到钙钛矿层中，使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。同时，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，从而造成器件性能的衰减。

2、制备大面积钙钛矿电池存在效率损失，制造工艺要求高

商业化尺寸的钙钛矿电池转换效率明显低于实验室小尺寸钙钛矿电池。据 NREL，钙钛 矿电池的实验室效率纪录均由较小尺寸电池（小于 1 cm2）创造，目前单结钙钛矿太阳能 电池转换效率记录 26.1%，实现于 0.05cm2 的尺寸。从商业化尺寸单结钙钛矿组件效率来 看，协鑫光电 1m×2m 钙钛矿组件转化效率达到 18.04%，极电光能 1.2mx0.6m 钙钛矿组 件转化效率达到 18.2%。 相比其他类型的光伏电池，随着电池面积增大，钙钛矿电池转换效率下滑幅度更明显。 由于钙钛矿材料的结晶时间很短，通常情况下工艺窗口期仅几秒钟，而制备大面积钙钛 矿电池需要更长的涂布时间，结晶的均匀程度将难以控制。结晶过程中，若出现一个坏 点都将影响整块电池的转换效率。因此钙钛矿层的涂布过程，对生产设备和工艺的稳定 性提出了较高的要求。

激光设备的精度也会直接影响大面积钙钛矿组件的转换效率。激光划线可以将钙钛矿电 池分割成一个个相互串联的子电池，每节子电池中都各有一条 P1 线、P2 线和 P3 线。P1 线最外侧到 P3 线最外侧的区域不能发电，通常称为死区。激光划线死区越小，钙钛矿电 池转换效率越高，因此提高激光设备的精度并减小死区面积占比，也是钙钛矿电池产业 化进程中亟需解决的问题之一。

（三）成本及效率有望持续突破，钙钛矿电池产业化潜力突出

1、当前钙钛矿成本仍然较高，技术进步以及规模化有望助力降本

百兆瓦级产线钙钛矿组件制造成本约 1.5-1.6 元/W，相较于晶硅组件成本仍然较高。据 Solarzoom 测算，以 2024 年 1 月初的价格水平，硅料 6 万元/吨左右时，晶硅主产业链一 体化的情况下，PERC 组件单瓦成本约 0.8 元/W 左右。据极电光能，百兆瓦级钙钛矿中 试线阶段成本大约在 1.5-1.6 元/W 之间；预计 GW 级规模时成本或将降至 0.9 元/W 左右； 预计 10GW 级规模时或将降至 0.6 元/W 左右。 钙钛矿处于产业化前期，后续可通过技术进步以及规模化进一步降本。一是通过技术研 发提升电池的效率、尺寸等，可以减少成本分摊；二是规模化可以降低 TCO 玻璃等材料 成本，目前 TCO 玻璃盈利水平较高；三是规模化以后，设备投资或将在现有基础上大幅 降低。

2、材料端有较大的降本空间，设备投资或将低于晶硅

（1）TCO 玻璃等材料成本占比较高，是降本关键之一

以百兆瓦级钙钛矿产线成本构成为例，TCO 玻璃成本占比达 28%左右。假设良率为 85%， 组件效率为 18%时，测算钙钛矿组件成本约 1.57 元/W 左右，随着量产规模的不断提升， 预计未来有较大下降空间。其中由于钙钛矿吸收层材料价格低且用量少，占组件成本的 比例约 6%左右；而单项成本占比最高的项目为 TCO 玻璃，占比约 25%左右。 随着国内企业布局加速，TCO 玻璃有望进一步降本。TCO 玻璃承担着载体、导电和透光 等功能，对导电性能以及透光率等指标均有较高要求，整体售价较高。按目前 3.2mmTCO 玻璃价格 60 元/平左右测算，TCO 玻璃在钙钛矿组件中的成本约 0.39 元/W；若价格将至 45 元/平，成本对应可降低至 0.29 元/W；若进一步降至 30 元/平，成本对应可降至 0.20 元/W 左右。

（2）GW 级设备投资有望低于晶硅，进一步降低制造成本

产线规模若进一步扩大至 GW 级，预计钙钛矿组件单位产能投资将低于晶硅组件。由于 目前产业化条件仍不成熟，设备需求以定制化为主，钙钛矿不同产线规模的投资成本差 异较大，以纤纳光电 20MW 产线为例，产线投资额为 5050 万元；其 100MW 中试线投资 额为 1.21 亿元，产能扩大至 5 倍，但投资额仅增长 2.4 倍左右，若产线规模进一步扩大， 单 GW 投资额有望进一步摊薄下降。据协鑫光电预计，成熟状态下钙钛矿电池组件单 GW 投资约 5 亿元左右；而晶硅电池组件方面，硅料、硅片、电池、组件等环节单 GW 投资 约 10 亿元，大约是钙钛矿的两倍。 设备投资下降有望进一步降低制造成本。按当前设备投资 12-13 亿/GW、折旧年限 8-10 年测算，对应钙钛矿单瓦折旧成本约 0.13 元/W 左右；若大规模量产后单 GW 投资额降 至 5 亿元左右，对应钙钛矿单瓦折旧成本约 0.05 元/W，成本较目前中试线可降低 0.07- 0.08 元/W。

3、转换效率提升空间大，成本有望全面摊薄

钙钛矿可以与晶硅电池形成叠层电池，转换效率提升空间大。近年来，钙钛矿电池快速 发展，转换效率不断实现突破跃升。从商用尺寸的钙钛矿电池组件来看，2023 年底，协 鑫光电和极电光能先后宣布商用尺寸钙钛矿组件效率分别达到 18.04%/18.2%，协鑫光电 369mm×555mm 叠层组件效率达 26.34%。据极电光能分析，效率突破 18%也意味着钙钛 矿组件的商业化更近了一步，由于钙钛矿组件温度系数低、弱光发电能力强，若效率达 到 18%，测算其实际发电量已经可以比肩传统晶硅组件。

效率提升可摊薄材料、能耗、折旧等成本，全面带动钙钛矿组件成本的下降。中试线 100MW 规模下，假设良率 85%，测算组件效率由 18%提升至 20%时，对应组件成本可 由 1.57 元/W 左右下降至 1.4 元/左右；测算组件效率由 18%提升至 30%时，对应组件成 本可降至 0.9 元/W 左右。

4、钙钛矿原材料可设计性强，具有较大发展潜力

钙钛矿能够通过调整材料配方调整实现带隙连续可调，光电性能优化空间大。钙钛矿是 一类可以人为设计的晶体材料，原材料的选择和配方比较灵活，可以通过不断改进设计 以提升电池性能。而晶硅材料单一，无法改变结构，要通过不断提纯实现更好的光电性 能。纯度方面，晶硅类太阳能电池对硅料纯度要求需达 99.9999%，而钙钛矿材料对杂质 不敏感，纯度在 90%左右的钙钛矿材料即可制成转换效率在 20%以上的太阳能电池，95% 纯度的钙钛矿即可满足生产使用需求。随着钙钛矿在稳定性、生产良率和光电性能等方 面持续突破，其应用场景较晶硅电池也更为丰富，钙钛矿光伏技术发展前景广阔。

四、钙钛矿技术逐步渗透，有望带动设备及钙钛矿组件市场规模快速增长

（一）钙钛矿快速发展，带动设备及材料市场规模快速增长

1、钙钛矿设备市场空间测算

我们预计到 2030 年全球钙钛矿设备新增市场空间将达到 830.6 亿元，2024-2030 年 CAGR 约 80%，关键假设如下。 （1）预计 2023-2025 年全球新增光伏装机分别为 370/440/519GW，假设 2025-2030 年全 球新增光伏装机 CAGR 为 13%，容配比为 1.25； （2）假设钙钛矿组件产能利用率为 75%左右，当年新增钙钛矿组件产能利用率为 20%； （3）假设 2024-2030 年钙钛矿渗透率逐步由 0.2%提升至 15.5%； （4）据协鑫光电预计，假设大规模量产后钙钛矿设备投资额将下降至 5 亿元/GW 左右。

2、钙钛矿材料市场空间测算

钙钛矿行业高速发展，有望带动钙钛矿材料市场规模快速增长。我们预计到 2030 年，钙 钛矿层材料市场空间有望达到 55.5 亿元，2024-2030 年 CAGR 约 94%；钙钛矿所用的玻 璃市场空间有望达到 303.7 亿元，2024-2030 年 CAGR 约 98%，其 TCO/背板玻璃市场空 间分别为 202/101 亿元；钙钛矿封装材料市场空间有望达到 162.0 亿元，2024-2030 年 CAGR 约 109%；钙钛矿靶材（ETL 和 HTL）市场空间有望达到 157.7 亿元，2024-2030 年 CAGR 约 104%；关键假设如下。 （1）钙钛矿组件效率由 2023 年的 18%，逐步提升至远期 2030 年的 28%； （2）钙钛矿组件良率由 2023 年的 85%，逐步提升至远期 2030 年的 98%； （3）假设钙钛矿层材料成本逐年下降约 5%； （4）假设 TCO 玻璃由成本较低的 FTO 逐渐取代 ITO，2030 年远期价格降至 30 元/平；

（二）随着钙钛矿迈向产业化，预计将带动市场规模高增

基于以下假设，我们对 TOPCon 组件电站和不同量产阶段钙钛矿组件电站 LCOE 进行 测算。 （1）钙钛矿组件 100MW 级产线量产阶段。钙钛矿发展前期，100MW 中试线量产组件 的效率约 18%，假设组件寿命可达 12 年；由于钙钛矿组件温度系数低、弱光发电能力强， 假设钙钛矿组件实际发电小时数高于晶硅组件 10%；单 GW 投资约 12 亿元/GW。 （2）钙钛矿组件 GW 级产线量产阶段。假设转换效率达 20%，TCO 玻璃降至 40 元/平，测算钙钛矿组件成本约 1.2 元/W；假设毛利率 10%，组件售价约 1.32 元/W（不含税）； 假设钙钛矿组件实际发电小时数高于晶硅组件 15%；单 GW 投资约 9 亿元/GW；假设组 件寿命 15 年，测算钙钛矿组件电站 LCOE 约 0.28 元/W，已基本接近晶硅组件电站。 （3）钙钛矿组件进入大规模量产阶段。假设转换效率提升至 25%左右，TCO 玻璃降至 30 元/平，测算钙钛矿组件成本 0.8 元/W，假设毛利率 15%，对应组件价格 0.99 元/W（不 含税）；假设钙钛矿组件实际发电小时数高于晶硅组件 20%；单 GW 投资约 5 亿元/GW 假设组件寿命 20 年，对应钙钛矿光伏电站 LCOE 约 0.25 元/W，届时预计将低于晶硅组 件电站 LCOE。

随着钙钛矿加速迈向产业化，预计将带动市场规模快速增长。我们预计到 2030 年全球钙 钛矿组件市场空间将达到 1816 亿元，2024-2030 年 CAGR 约 108%。

五、钙钛矿叠层或将为理想路径，当前各企业以百兆瓦级中试线为主

（一）两端叠层钙钛矿电池有望成为理想技术路径

钙钛矿电池发展路径预计将从单层结构向四端叠层过渡，两端叠层或将成为未来理想技 术路线。从产业化发展路径来看，钙钛矿太阳能电池发展前期以单层结构为主，单结电 池技术成熟后预计将逐步向叠层电池发展，开始以四端叠层结构为主，后有望逐渐发展 至两端叠层结构。 （1）四端叠层结构相对简单，电池环节无需增加新的工艺设备，传统晶硅厂商也更易于 接受，预计叠层电池发展早期或将以四端结构过渡。 （2）两端叠层结构工艺难度较高，但可节省封装成本，同时寄生吸收少，效率更高，具 备较高的商业化生产潜力，待工艺成熟后，两端叠层电池有望成为终极技术路线。

钙钛矿/HJT 叠层或为更优解。两端叠层电池技术路径可分为钙钛矿/TOPCon 叠层以及钙 钛矿/HJT 叠层。（1）HJT 电池制备是低温工艺，一般低于 250℃，与钙钛矿低温制备工 艺更加适配；而 TOPCon 电池磷扩散工艺温度约 750℃。（2）HJT 电池表面为 TCO 层， 制备叠层钙钛矿电池时可以直接将钙钛矿叠加，工艺路线更为相融；而 TOPCon 电池表 面为氮化硅层，氮化硅不导电，需要在保证钝化效果的同时去掉或改性氮化硅层。（3） 转换效率方面，HJT 与钙钛矿在光谱吸收方面互补，可实现更高的转换效率。

（二）目前以百兆瓦级中试线为主，多条 GW 级产线正在规划推进中

钙钛矿太阳能电池处于产业化前期，各企业主要以中试线为主。目前，国内已有协鑫光 电、纤纳光电、极电光能等多条百兆瓦级的钙钛矿组件中试线建成投产，众能光电、光 晶能源等众多企业已开启百兆瓦级中试线建设。 多条 GW 级产线正在规划推进中，2024 年有望陆续落地。2023 年 12 月，总投资 50 亿 元的协鑫光电钙钛矿 GW 级项目在昆山高新区奠基，建设全球首条大规格（1.2 米×2.4 米）2GW 钙钛矿生产线，此次奠基的协鑫光电 2GW 项目计划分两期建设，预计 2024 年 下半年建成投产。2023 年 4 月，极电光能钙钛矿产业基地项目开工，该项目计划建设内 容包含 1GW 钙钛矿光伏生产线，计划在 2024 年年底基本搭建完成。

六、重点公司介绍

（一）迈为股份：HJT 设备龙头，前瞻布局钙钛矿/HJT 叠层设备

迈为股份是一家集机械设计、电气研制、软件算法开发、精密制造装配于一体的高端设 备制造商。公司主营产品为太阳能电池生产设备，主要应用于光伏产业链的中游电池片 生产环节。 公司看好异质结/钙钛矿叠层技术，期待科研成果转化。公司认为异质结与钙钛矿叠层电 池技术将成为未来行业的主要发展趋势。一方面，异质结与钙钛矿电池之间展现出了良 好的兼容性；另一方面，公司现有的设备和材料已经可以有效地应用于钙钛矿叠层电池 的生产中。公司认为产业化过程会分三步走，第一步异质结的产业化，第二步异质结加 铜电镀的产业化，第三步是异质结叠钙钛矿的产业化。

（1）2020 年，公司开展钙钛矿激光技术研究项目，研究对钙钛矿型太阳能电池组件的切 割工艺。 （2）2021 年，公司已成功交付专用于单结钙钛矿电池的激光设备，用于钙钛矿太阳能电 池组件的高精度切割，是公司在单结、大面积钙钛矿电池领域的重要进展之一。 （3）2023 年，公司在异质结技术上大的技术方向布局均已完成，据公司 2023 年 8 月公 告披露，公司实验室钙钛矿研发线计划在 2023 年底投入运营。 受益于光伏行业扩产高景气，公司业绩持续增长。2022 年公司实现营收 41.48 亿元，同 比增长 34.01%；2023Q1-3 实现营收 51.07 亿元，同比增长 69.35%。2022 年公司实现归 母净利润 8.62 亿元，同比增长 34.09%；2023Q1-3 实现归母净利润 7.14 亿元，同比增长 3.88%。

费用前置短期影响公司利润水平。 2023Q1-3 公司综合毛利率、净利率分别为32.53%/13.09%，同比分别-6.1pct/-9.0pct。由于异质结整线设备前期产线改造等因素影响， 验收进度较慢，并且制造尚未产生规模效应，使得收入与费用形成错配。随着 HJT 整线 设备确认周期缩短以及成本管控，公司盈利能力有望逐步改善。

（二）协鑫科技：协鑫光电钙钛矿布局领先，GW 级产线有望于 24 年落地

协鑫科技是全球领先的颗粒硅产业化生产商，主要业务包括硅料、硅片以及光伏电站运 营。近年来，公司颗粒硅以及钙钛矿业务快速发展。下属子公司协鑫光电，专注于钙钛 矿太阳能组件领域，钙钛矿电池转换效率持续突破，产业布局行业领先。 （1）2021 年 9 月，协鑫光电建成全球首条 100MW 量产线，组件尺寸 1m×2 m。 （2）2023 年 4 月，协鑫光电生产的 1m×2m 全球最大尺寸钙钛矿组件效率达到 16.02%， 在大尺寸组件的量产和转换效率方面领先行业。 （3）2023 年 11 月，协鑫光电生产的 1m×2m 的钙钛矿单结组件转换效率再次突破，达 到 18.04%，下一步将致力于新一代钙钛矿叠层组件研发。同月，生产的 279mm×370mm 钙钛矿叠层组件转换效率达到 26.17%。（4）2023 年 12 月，协鑫光电对此前的钙钛矿叠层组件进行了升级，叠层面积扩大了一 倍，生产的 369mm×555mm 钙钛矿叠层组件转换效率达到 26.34%。此外，公司投资 50 亿元协鑫光电 GW 级钙钛矿项目，致力于建设全球首条大规格 2GW 钙钛矿生产线，该 项目预计将于 2024 年下半年完工并投入生产。

协鑫科技营收波动明显，2021-2022 年利润重回增长。2022 年公司实现营收 359.30 亿元， 同比增长 82%；2023H1 实现营收 209.46 亿元，同比增长 38%。2022 年公司实现归母净 利润 160.30 亿元，同比增长 215%；2023H1 实现归母净利润 55.18 亿元，同比减少 20%。 2020 年公司计提了大额资产减值，受益于硅料行业高景气，2021-2022 年公司业绩重回 增长轨道；2023 年公司颗粒硅产能大规模落地，但产业链价格快速回落，对业绩造成了 一定负面影响。

公司盈利能力呈改善趋势，2023 年有所下滑。2023H1 公司毛利率、净利率分别为 41.91%/29.36 %，同比分别-5.95pct/-13.28pct。

（三）捷佳伟创：设备布局全面，具备整线供应能力

捷佳伟创是国内领先的太阳能电池设备制造企业。主要产品包括湿法设备系列、管式设 备系列、板式设备系列、激光设备系列、金属化设备系列、智能制造设备系列、晶体硅电 池整线解决方案等。 在钙钛矿领域，捷佳伟创通过巩固其现有技术优势并进行战略性先行布局，取得了市场 领先地位。公司具备钙钛矿及钙钛矿叠层 MW 级量产型整线装备的研发和供应能力，已 向十多家光伏头部企业和行业新兴企业及研究机构提供钙钛矿装备及服务，其中包括公 司最新研发的五合一团簇式钙钛矿叠层真空镀膜设备，可以为客户减少设备占地面积、 降低成本、提升转换效率。 （1）2022 年 7 月，捷佳伟创公司钙钛矿太阳能电池生产的关键量产设备“立式反应式等 离子体镀膜设备”(RPD)通过厂内验收并投入生产，顺利出货了 GW 级 HIT 电池产线设备 并中标某领先公司的钙钛矿电池量产线镀膜设备订单，10 月继某央企研究院的钙钛矿低温低损薄膜真空沉积设备订单，某国家科学院的反应式等离子镀膜设备订单后中标某全 球头部光伏企业的钙钛矿电池蒸镀设备订单。

（2）2023 年，捷佳伟创钙钛矿设备产业化项目在常州奠基，能够进一步提高公司钙钛矿 核心装备生产能力，持续巩固公司产品和技术优势。 公司营业收入与业绩稳步增长。2022 年公司实现营业收入 60.05 亿元，同比增长 18.98%； 2023Q1-3 实现营收 64.05 亿元，同比增长 50.48%。营收快速增长主要受益于 TOPCon 电 池产能高速扩张。 公司归母净利润及其同比增速呈稳步提升趋势。2022年公司实现归母净利润10.47亿元， 同比增长 45.93%；2023Q1-3 实现归母净利润 12.23 亿元，同比增长 48.69%。公司通过技 术创新强化核心竞争力，不断开拓新产品和业务，业绩实现稳步增长。

公司综合毛利率及净利率稳中有升。2023Q1-3 公司综合毛利率为 27.89%，同比+2.4pct； 2023Q1-3 净利率为 19.16%，同比-0.1pct。

（四）京山轻机：先行布局钙钛矿设备领域，打开新成长曲线

京山轻机是一家以高端装备为核心业务的集团公司，产品和服务主要应用于光伏、瓦楞 包装等多个行业和领域。公司致力于成为全球领先的智能制造整体解决方案服务商。在 光伏装备领域，公司产品覆盖了组件和电池片等环节，为客户提供光伏单机设备和整线 解决方案。

京山轻机前瞻布局，较早完成钙钛矿设备开发以及实际销售。 （1）2017 年，京山轻机收购苏州苏州晟成光伏设备有限公司 100%股权，主营业务增加 了光伏自动化业务，正式进入光伏领域。目前，光伏业务已逐步成为公司营收的主要来 源。2020 年，苏州晟成建立用于制备异质结和钙钛矿叠层电池的核心设备研发中心，预 计 2024 年 6 月 30 日达到预定可使用状态。 （2）2021 年 5 月，苏州晟成与协鑫光电进行钙钛矿叠层电池技术合作开发，为协鑫光电 全球第一个 100MW 钙钛矿产线提供相关设备。 （3）2022 年 6 月，苏州晟成突破钙钛矿电池装备，晟成光伏团簇型多腔式蒸镀设备具备 完全自主知识产权，现已量产交付，并成功应用于多个客户端。 （4）目前公司提供 MW 级钙钛矿及整体解决方案，并提供 GW 级钙钛矿量产装备输出与技术支持。在产品方面，公司可提供 PVD 镀膜设备、团簇型多腔蒸镀设备、ITO 玻璃 清洗机等产品。

京山轻机发展态势良好，近年来营收及业绩稳步增长。2022 年公司实现营收 48.68 亿元， 同比增长 19.14%；2023Q1-3 实现营收 49.54 亿元，同比增长 59.40%。2022 年公司实现 归母净利润 3.02 亿元，同比增长 107.04%；2023Q1-3 实现归母净利润 2.98 亿元，同比增 长 48.4%。

公司盈利能力整体稳定。公司 2023Q1-3 综合毛利率/净利率分别为 20.95%/6.87%、同比 分别-0.2pct/-0.2pct。

（五）曼恩斯特：本土锂电涂布模头领军企业，已推出钙钛矿涂布整机设备

曼恩斯特专注于高精密狭缝式涂布技术工艺设计与研发，向客户提供涂布技术整体解决 方案的高新技术企业。涂布技术作为工业通用技术，应用领域非常广泛，公司自成立以 来始终专注于涂布技术的研发和应用，已成长为本土锂电涂布模头领军企业，并积极开 拓钙钛矿等新的应用场景。

鉴于目前制备钙钛矿薄膜层的主流技术为狭缝涂布，公司拥有显著的技术优势和市场竞 争力。 （1）2022 年 10 月，公司与中国科学院深圳先进技术研究院达成协议，成立钙钛矿薄膜 太阳能电池联合实验室，目前已经研发出适用于钙钛矿 GW 极、中试线以及实验室的平 板涂布系统。 （2）2023 年 7 月 3 日，公司成功拿下钙钛矿领域狭缝涂布机首单，实现了在钙钛矿领域 的突破。 近年来，公司应收及业绩高速增长。2022 年公司实现营收 4.88 亿元，同比增长 104.06%； 2023Q1-3 实现营收 5.61 亿元，同比增长 71.12%。2022 年公司实现归母净利润 2.03 亿 元，同比增长 113.45%；2023Q1-3 实现归母净利润 2.51 亿元，同比增长 84.42%。公司的 锂电池涂布模头产品成功打破了国外厂商在国内的垄断地位，实现了进口替代，带动实 现业务的增长。未来公司布局钙钛矿等新应用领域，有望打开第二成长曲线。

公司综合毛利率以及净利率整体平稳。2023Q1-3 公司综合毛利率、净利率分别为 69.71%/45.04%，同比分别+1.3pct/+3.1pct。

（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。）