#调研纪要#钙钛矿光伏设备行业深度报告：钙钛矿技术频现积极信号，如何长远布局 β和α

钙钛矿行业处于0->1的成长初期，未来两年产能实现低基数翻番。由于钙钛矿的提效空间最高、能吸收弱光发电、制备工序简单、轻薄/可柔性、易于合成等优势，在高效性能获得实验室证实的背景下，已获得腾讯创投、宁德时代 (524.00, -32.89, -5.91%)、长城汽车 (11.540, -0.120, -1.03%) (33.43, -0.92, -2.68%)、碧桂园 (2.480, -0.100, -3.88%)等资本对产线项目的投资。同时，2022年行业新增产能开工近1GW，现有规划超27GW，处于从概念提出到中试线落地的成长初期，与N型晶硅电池的“萌芽期”有一定的相似之处。我们据现有钙钛矿产线规划测算，2023、2024年的产能增速将达近80%、256%，实现低基数的高增长弹性，产业整体产能将于2024年落地近2GW，具备电池技术迭代的革命性意义。

短期：BIPV等场景成为行业催化剂，分布式应用为聚焦市场。钙钛矿电池具备轻薄美观、可柔性等实用性特点，目前已规划GW级产线的产品主要应用在BIPV(极电光能、鑫磊鑫)和工商业分布式电站(纤纳光电)，而对比晶硅电池主要聚焦在集中式电站。鉴于“十四五规划”推动分布式光伏，且BIPV在分布式光伏的占比将逐渐提升，钙钛矿短期内有望率先应用于BIPV。而在“光伏+”的分布式应用方面，(1)韩国现代汽车集团与UNIST合作开发钙钛矿太阳能 (8.66, -0.51, -5.56%)电池板车顶，(2)有研究聚焦钙钛矿太阳能移动电源，(3)大正微纳的柔性钙钛矿组件运往中国智能手机&平板电脑商进行测试等，将为钙钛矿组件带来广阔的潜在应用空间。

长期：集中式应用与晶硅电池协同发展，钙钛矿+HJT叠层技术为主要研发方向。据智慧芽数据库约180篇钙钛矿叠层电池专利中，70%是钙钛矿-晶硅叠层相关，针对便于工业化生产的研发为主，而其中又有约1/3的专利为异质结+钙钛矿叠层相关。同时，通威、隆基、晶科、华晟等晶硅电池厂商均有钙钛矿-晶硅叠层电池的专利或中试线等布局。

设备端意义：钙钛矿技术可延续现有光伏设备商的商业寿命。钙钛矿组件生产涉及多个功能层的制备和封装，而相关设备主要包括涂布机、PVD（磁控溅射类、蒸镀类、RPD）、激光设备、封装设备（层压机等）。部分国产设备商已具备提供定制化设备的能力，且各环节均有国产设备的出机验证或投入中试量产，其中PVD和激光环节不乏有成熟光伏设备商布局。鉴于目前处于钙钛矿技术创新期，工艺路线尚未定型，后续技术定向有望推动相关厂商的设备订单，迎接下一轮光伏设备行业景气。

设备空间：期待未来3-5年的百亿元钙钛矿设备市场。我们依照产能规划落地、分布式光伏占比、下游应用短期受益于BIPV/BAPV+长期受益于太阳能车等分布式应用的3种逻辑进行测算，2025-2027年有望迎来百亿元钙钛矿设备市场。

西子洁能：主营余热锅炉受益于“双碳”长期赛道，自研熔盐储能装备符合中高温储热大规模化趋势，全方位布局“光伏发电、氢能、风电”等新能源+储能新成长曲线。参股10%的众能光电为钙钛矿准MW级整线设备领军企业，众能光电亦为“钙钛矿光伏技术创新联盟”创始单位之一。

捷佳伟创：主营PERC+TOPCon设备受益于电池片产能扩张高景气，自研TOPCon的三合一PE-Poly设备获领先客户认可接近订单放量阶段，同时布局HJT+XBC+钙钛矿技术，形成光伏电池片装备+半导体装备的平台型布局，公司在研钙钛矿整线设备+RPD已送机，迎接光伏设备行业新成长曲线，亦为“钙钛矿光伏技术创新联盟”创始单位之一。

京山轻机：主营光伏组件设备实现高速增长，瓦楞包装装备亦稳定增长。旗下晟成光伏积极布局电池片装备业务，TOPCon的PECVD&PVD二合一设备交付验证，HJT的清洗制绒设备通过验证。钙钛矿方面，其蒸镀PVD已应用于多个客户端，也拥有ITO玻璃清洗设备、PVD等产品，并与领先大学团队共同开发ALD镀膜技术，与头部协鑫光电共同开发钙钛矿叠层电池，为业内较早有多元化钙钛矿设备产品销售的企业。

杰普特：主营半导体+消费电子领域的激光设备，为领先MOPA激光器供应商，激光光源领域国内前三企业，积极下沉锂电和光伏激光器应用，具备大正微纳柔性钙钛矿组件量产线的配套经验，设备需求能见度较高。

大族激光：主营PCB、光伏、LED封装领域的激光设备，为全球激光设备市占率前三，自主研发的钙钛矿激光刻划设备已实现量产销售，大尺寸整线激光刻划设备已在钙钛矿头部企业交付，亦为“钙钛矿光伏技术创新联盟”创始单位之一。

帝尔激光：主营光伏激光设备，为PERC激光设备龙头，与隆基深度合作，技术可应用于钙钛矿光伏电池。已交付TOPCon 和 IBC 工艺的激光转印设备量产整线样机，此外还覆盖HJT工艺的激光转印，所开发的LIA激光修复设备获得欧洲HJT客户的量产型订单，TOPCon领域拥有激光硼掺杂/激光开膜/特殊浆料开槽等相关技术储备，激光开槽设备在IBC技术路线实现量产。

迈为股份：主营光伏HJT整线设备和丝印设备，业务还涉及显示、半导体行业，其中为京东 (59.440, 2.240, 3.92%)方供应国内首台OLED弯折激光切割设备、半导体晶圆激光开槽设备获得长电科技 (25.43, -1.02, -3.86%)等头部厂商订单。而钙钛矿方面，为客户定制的单结钙钛矿电池激光设备已交付使用，同时在研钙钛矿设备。

料耗显著降低，避免材料稀缺性涨价：根据协鑫光电的数据，钙钛矿材料占单片组件成本的比重仅为5%，其余主要为电极材料和玻璃等封装材料的成本。钙钛矿的吸光能力远超晶硅，钙钛矿层厚度仅需0.3微米，而晶硅组件中的硅片通常180微米厚，因此少量钙钛矿材料即可满足制备。同时，TCO玻璃的制备工艺较成熟，易于按需扩大产能。

纯度要求低，单瓦能耗不及晶硅组件能耗的1/10：根据协鑫光电的数据，太阳能级的硅料，纯度需要达到99.9999%甚至99.99999%，最高工艺温度达到1700°C，组件制造能耗为1.52kWh/Wp。而对于钙钛矿，只需要95%的纯度即可满足使用需求，最高工艺温度仅为150°C，组件制造能耗为0.12kWh/Wp，不及晶硅组件能耗的1/10。

产业链生态更容易维护，有望通过扩产降本：钙钛矿组件由于产业链缩短等先天优势，产品降本潜力极大，协鑫中试线的钙钛矿组件单位制造成本为0.94元/W，且据协鑫光电，当产能扩大到1GW以上时，制造成本将进一步下降到0.7元/W，系统成本降低到2.5元/W以内。对比晶硅组件含税价格处于 2 元/W水平，且各环节的利润受到极大挤压，预计晶硅电池降本速度将放缓。

度电成本随组件效率提高而下降：参考CPIA数据，传统太阳能电池的光电转化效率每提升1%，对应度电成本下降5%-7%，而钙钛矿组件作为新型薄膜电池，有望遵循类似规律。

国产设备日渐成熟，设备摊销费用有望降低：设备摊销费用取决于所选用工艺设备的价值量和设备产能，目前钙钛矿核心膜层所使用的设备是RPD和涂布设备，涂布设备的技术难度可控，RPD的专利被日本方限制，预计未来随钙钛矿组件产能扩张，通过国产替代降低设备价值量，同时其余设备均有相对成熟的厂商储备。

钙钛矿组件理论寿命可达30年，控制衰减率能做到更低的度电成本：据杨文侃《钙钛矿系列光伏组件的度电成本分析》测算，寿命25年的钙钛矿组件若线性衰减小于0.6%，度电成本低于晶硅组件。2022年6月《science》报道，普林斯顿大学团队开发出可运行约30年商业性的钙钛矿组件，高出行业默认光伏组件的25年寿命。同时2021年纤纳光电自主研发的钙钛矿量产组件，就已通过基于IEC61215标准的稳定性加严测试，且表示保持30年稳定性的钙钛矿组件，即使转换效率和PERC相当，也能降低度电成本至0.2元。因此，随着钙钛矿组件做到更长寿命、更低衰减率，度电成本将逐步低于晶硅组件。

钙钛矿温度系数绝对值比晶硅低2个数量级，不易受温度影响：从温度系数量化来看，晶硅组件约为-0.3，即温度每上升1度，功率会下降0.3%，例如在实际应用场景，出厂效率20%，当温度升到75度，效率大约就只剩16-17%。而钙钛矿的温度系数为-0.001，非常接近于0，因此它效率几乎不受温度影响，实际发电效率显著高于晶硅。

由于电路结构不同，钙钛矿组件比晶硅组件受遮挡的负面影响小，发电量平均高5%：晶硅组件一般由60或72片独立电池片串联形成，当受到局部遮挡或损坏时，会出现热斑效应。而钙钛矿组件属于薄膜电池，通过工艺在整个面板上实现电路结构，电路之间互相连接，在受到同样遮挡时发电量影响比晶硅小很多，根据杨文侃《钙钛矿系列光伏组件的度电成本分析》测算，遮挡条件下钙钛矿组件比晶硅发电量高4.05%-6.05%，度电成本降低0.018-0.034元/kWh。

2结叠层电池有钙钛矿-钙钛矿、钙钛矿-晶硅叠层电池两种。钙钛矿-晶硅叠层电池即将钙钛矿组件与硅电池按能隙从大到小的顺序从外向里叠合起来，让短波长的光被最外侧的宽带隙钙钛矿太阳能组件吸收，波长较长的光能够透射进去让窄带隙的硅太阳能电池吸收，可最大限度地将光能变成电能，目前获得了最广泛的研究，最新效率已突破31.3%。

全钙钛矿（钙钛矿-钙钛矿）叠层具备潜力，一体式叠层为主流结构。根据结构不同，叠层钙钛矿组件分为一体式结构和分离式结构，依据输出端子数量的不同，又可分为两端子和四端子结构。四端子结构能实现较高的实验室效率，但四端子叠层电池中的光学耦合叠层需要使用光学分光镜，成本过于高昂，而机械堆叠式需要三层透明电极，会降低电池转换效率。相比之下，一体式钙钛矿叠层结构简单，设备和工艺相对成熟，适合产业化。南京大学谭海仁团队实现了小面积全钙钛矿叠层电池28%的实验室效率，成立仁烁光能并开启全钙钛矿叠层电池的产业化。

晶格匹配：即晶面间距相近或相等，使上下层电池晶格凝固时完全对接；

禁带宽度组合：决定能吸收多少范围太阳光；

电流匹配是核心问题：钙钛矿-晶硅电池由于界面需要制绒，如果钙钛矿直接与绒面接触会严重分流，影响开压和填充因子，因此界面复合层是关键。即使是全钙钛矿叠层电池，也需要制备中间层实现载流子的高效隧穿复合，提高器件的填充因子，最终实现高转换效率。

大面积制备的难度：发展狭缝涂布等多种制备新工艺。实验室制备的高转换效率组件，基本是在1cm2的极小面积薄膜上实现，大多使用旋涂法，但该工艺的转速很高，难以沉积大面积、连续的钙钛矿薄膜。取而代之的是狭缝涂布法，还有软膜覆盖沉积法(SCD）、板压法、气固反应法、刮涂法等能放大尺寸的工艺。解决此问题关键点在于工艺改良。2022年4月，极电光能在300cm2的大尺寸钙钛矿光伏组件上，创造了该尺寸面积下18.2%光电转换效率的新世界 (6.97, -0.02, -0.29%)纪录。2022年7月，微纳科技成为全球首家量产40*60cm柔性钙钛矿组件厂商，承诺效率达到21%；同时，纤纳光电实现出货5000片1245×635×6.4mm钙钛矿组件供省内工商业分布式钙钛矿电站使用，证实大面积钙钛矿组件问题逐渐得到改善。

不稳定性：尝试兼容更多种材料，封装为核心改良环节，稳定性已逐步增强。为改善钙钛矿组件的不稳定性，业界聚焦于封装技术和材料结构的替换。钙钛矿材料对水汽极度敏感，易产生不可逆转的降解，因此室温环境下组件效率会随时间增长而衰减。但钙钛矿可容忍1%级别的杂质，对缺陷杂质容忍度远高于晶硅，可选用更多类型材料增强稳定性。同时，2020年昆山协鑫光电围绕封装进行实验，发现封装不佳的组件很快就衰减，但良好封装的组件，在双85（85℃、85%RH (292.770, -0.020, -0.01%)）条件下，2000个小时内没有任何衰减。

含毒性：无铅化为钙钛矿材料研究的重要方向。由于含铅钙钛矿更适合低温制备，光电效应较好，因此钙钛矿组件大多含具备毒性的铅，会对外部环境造成污染。实际上晶硅组件的焊带通常含铜箔涂铅，每一块标准尺寸的晶硅组件里约含18克铅，而同样尺寸的钙钛矿组件含铅量不超2克，因此钙钛矿组件的含铅量只有晶硅的1/10。同时，钙钛矿材料的优点之一是可以对材料成分进行设计，有利于采用低毒的元素替代铅，目前大量研究工作采用来自该族的Ge、Sn以及来自周期表中的 Bi和Sb等环境友好元素来替代铅。

TCO 玻璃：从玻璃厂商直接采购，也可以在玻璃衬底上PVD溅射透明导电层，技术较成熟。

空穴传输层（核心层一）：一般用溅射PVD，亦可用蒸镀PVD，最新研究尝试涂布机，技术难点在于工艺参数调整。

钙钛矿层（最核心层二）：主流选用狭缝涂布工艺，技术难度最高，技术核心在于大面积制备的解决方案、成膜均匀性。

电子传输层（核心层三）：主流用RPD设备；另一种是先用 RPD或ALD制备一个很薄的阻隔层，再用溅射PVD做传输层；正研究尝试涂布机制备，技术难点在于材料适配和保护下方钙钛矿层。

背电极：用蒸镀PVD设备，已具备较成熟的技术应用。

激光刻蚀：共四道激光，主要用于P1、P2、P3层激光划线，使整个钙钛矿面板形成一道道的子电池，且子电池互相串联；P4层激光用于清边处理，技术难度可控。

封装：较关键的环节，封装方案处于创新阶段，包括薄膜封装、物理封装等。

狭缝涂布（主流选择）：非接触式涂布技术，在玻璃/金属/聚合物等基材上将特制油墨沉积形成超薄均匀涂层，涂层厚度取决于施加到基材上的油墨量除以涂布面积，硬件核心在于狭缝涂布头的耐腐蚀性、狭缝精度及油墨流动控制。特点是印刷速度快、成膜均匀、材料利用率高、运行成本低、适用油墨的粘度广等。除了光学薄膜外，也用在锂电池隔膜、液晶面板等精密涂布。

刮刀涂布：与过量的油墨接触，通过调整刮刀与基底的距离来调整厚度，同时也与油墨的浓度、基底移动速度相关。特点是能兼容流动性弱的油墨，提高浓度、减小干燥负荷，涂布速度较快。同时涂布面较平整，不随原表面的凹凸而起伏。

丝网印刷（全印刷型钙钛矿组件的量产工艺）：特点是生产成本极低(资本支出和运行成本)、高吞吐量。同时是制造微米级厚度介孔支架的有效方法，但介孔层结构需要400摄氏度高温制备，面临容易破坏钙钛矿层的挑战。据Swansea大学研究发现，可以通过丝网印刷将钙钛矿组件印在建筑物钢顶上，而国内的万度光能将投建全丝网印刷工艺生产的200MW介观钙钛矿组件产线。

喷墨印刷：与器件无接触的印刷技术，和打印机原理类似，打印机头和油墨相连，压力脉冲控制油墨的吞吐量。特点是材料利用率较高，能够精准灵活控制打印形状、厚度等，技术的关键挑战在于油墨高吞吐量的时候能否保持印刷的精度，以及能否找到兼容的动态粘度、密度和表面张力的油墨。由于印刷速度受限于喷嘴数量，喷墨印刷的速度较其他沉积薄膜工艺慢。

喷涂：同样为非接触型印刷技术，通过改变油墨的成分、浓度、喷嘴角度、移动速度等，达到控制钙钛矿薄膜厚度及高吞吐量操作的目的。特点是材料损耗较低，能够高吞吐量处理，但挑战在于晶体生长厚度的变化、溶液去湿以及由表面张力驱动的薄膜覆盖不均等。

凸版印刷、凹版印刷：在钙钛矿组件研发中使用较少。

蒸发镀：蒸发器加热使靶材蒸发汽化成粒子，随后将该粒子直接射向衬底并完成沉积

溅射镀：通过高电压将靶材转化成等离子状态，利用高能量粒子撞击靶材后，被撞击出来的靶中分子或原子撞上衬底完成沉积

离子镀：利用高压气体放电将靶材蒸发后离子化，利用离子轰击衬底表面完成沉积。根据日本住友介绍，RPD（Reactive Plasma Deposition）也是离子镀的方法之一。

空穴传输层： PVD-溅射镀、PVD-RPD、涂布-刮刀涂布机

电子传输层：PVD-蒸镀、PVD-RPD、PVD-溅射镀、印刷-丝网印刷机

对电极层：PVD-蒸镀、PVD-溅射镀

TCO玻璃：PVD-溅射镀、CVD

P1层：采用纳秒级别的激光进行刻蚀，刻蚀FTO层，需保证激光刻蚀线宽、激光刻蚀线间距精确度，不伤及玻璃衬底。

P2层：采用皮秒或飞秒级别的激光刻蚀，刻蚀ITO或钙钛矿层，需保证激光刻蚀线宽、激光刻蚀线间距精确度，不伤及PI层的FTO。同时，鉴于钙钛矿容易在外界影响下降解，精度更为严格，对激光光源的单脉冲能量、脉宽、频率有不同的要求。

P3层：采用皮秒或飞秒级别的激光刻蚀，刻蚀对电极层，需保证激光刻蚀干净、激光刻蚀线宽、激光刻蚀线间距精确度，不伤及P2层。

P4层：去除薄膜边缘区域，利用激光划线划分出无效区域后，对无效区域采用大功率、大光斑、低频红外激光进行清除。而在大面积组件的清边时，先对扫描小单元进行清边，然后对下一个小单元清边，多单元拼接清边。

一代：通过蒸发金属喷射器和焊接金属带，将电流从电池传导到外部，并将金属带的边缘密封，器件位于封闭空腔中心。

二代：利用透明ITO电极将钙钛矿与金属电极分离，确保电极与钙钛矿组件之间有间隙，而直接利用ITO电极进行封装，对钙钛矿组件的密封效果更佳。

协鑫光电：最早聚焦于钙钛矿的团队，腾讯创投和宁德时代参股，实现45*65cm尺寸17%的实验室效率，拥有43项授权和审查中的发明专利及35项实用新型专利， 100MW量产线22年投产。

纤纳光电：与协鑫光电有着类似的发展路径，产业化进度最快，在2022年7月实现alpha组件量产并出货给地面光伏电站使用，实现了全球首款钙钛矿组件商业化应用，开启商业化探路。

极电光能：背靠长城控股集团，预计年内完成150MW试制线，进度追平协鑫光电。