钙钛矿电池产业链深度报告：差异化竞争奠定产业化广阔前景！钙钛矿电池发展迅猛，产业化潜力巨大。①钙钛矿电池是效率提升最快的光伏电池。自2009年钙钛矿电池面世以来，仅经过13年发展，其效率就 从3.8%提升至25.7%，且理论极限效率（ 31% ）高于晶硅电池（29.4%）。钙钛矿电池相对晶硅电池具有 耗材少、成本低、产业链紧凑、总投资少的优点；钙钛矿电池相对于其他化合物薄膜电池具有原料易获取、 可迭代、成本低的优点。

　　钙钛矿材料是钙钛矿太阳能电池的核心。钙钛矿晶体为ABX3 结构， 一般为立方体或八面体结 构。在钙钛矿晶体中，A离子位于立方晶胞中心，被12个X离子包围成配位立方八面体；B离子位 于立方晶胞角顶， 被6个X 离子包围成配位八面体。A离子和X离子半径相近，共同构成立方密堆 积。钙钛矿层材质种类较多且成本低廉。 ABX3结构的化合物，其中A位、B位、X位均可迭代替换， 可选的材质种类众多。量产中钙钛矿层材料多采用有机无机杂化化合物，且厚度非常薄（0.1- 0.5um)，相比晶硅电池（130-170um）耗材更少且成本低廉。

　　钙钛矿太阳电池是由染料敏化电池演化而来。第一块钙钛矿太阳电池诞生于2009年，实现了 3.8%的效率。但该电池存在严重缺陷：液态电解质会溶解或者分解钙钛矿敏化材料，使电池失效。2012年固态空穴传输材料（ Spiro-MeOTAD ）被引入到钙钛矿电池中，第一块全固态钙钛矿太 阳电池面世，其电池效率达到9.7%。固态空穴传输材料的引入初步解决了液态电解质钙钛矿电池 不稳定与难封装的问题。自此以后钙钛矿电池的研究都转向固态钙钛矿电池，钙钛矿电池的效 率也得到长足发展。

　　钙钛矿电池产业化效率目前为15.5%，当产能扩大到1GW以上时，组件成本可达0.7元/W左 右(协鑫光电口径)；与此对应，PERC电池平均转换效率为22.8%，组件成本1.95元/W。钙钛 矿电池具备轻薄、透光性强、短波长吸光能力强、弱光效应好、可在柔性基材上制备的优点。 基于这些特点，钙钛矿电池与晶硅电池存在差异化应用场景，其中BIPV（光伏建筑一体化） 和CIPV（车载光伏）领域应用潜力最大。

　　瓶颈一：钙钛矿电池转换效率随面积增大而衰减严重 原因：大面积制备时，钙钛矿电池面积厚度比极大（103~106），膜质量（平整度、致密性等） 难以保证 效率衰减：当单结钙钛矿电池面积从0.1 cm2增加到约10 cm2时，实验室效率从25.5%下降至 19.6%。 瓶颈二：钙钛矿电池发电不稳定：1. 钙钛矿电池发电效率随使用时间下降，传统晶硅电池可持 续发电20-25年，而钙钛矿电池因其不稳定性难以持续长时间发电；2. 钙钛矿电池会与水、氧发 生反应，潮湿环境中极易快速降解。

　　钙钛矿电池结构主要分为介孔结构、正式平面结构、反式平面结构。正式平面结构的钙钛 矿器件有利于提升其光电转换效率，多用于学术领域；反式平面结构的钙钛矿器件便于制备， 被广泛用于产业领域。

　　学术端：空穴传输材料成本占比最高。学术端常采用Spiro作为空穴传输层材料，其性能优异， 但价格昂贵。空穴传输材料占总成本48.7%，其次是基板、背电极材料。电子传输材料和钙钛 矿材料成本占比很低，仅为1.7%、1.6%。 产业端：玻璃和电极材料成本占比最高。以协鑫100MW钙钛矿产线为例：玻璃和电极占比分 别为34.0%和30.9%，钙钛矿材料成本占比仅为3.1%。

　　钙钛矿电池工艺复杂性明显低于晶硅电池。实验室制备工艺举例：以FAPbl3钙钛矿的制备为例，分为以下步骤：1.清洗基底，2.旋涂电子 传输层（Ti02致密层和Ti02介孔层），3.旋涂钙钛矿层，4.退火，5.旋涂空穴传输层（Spiro层）， 6.蒸镀银电极。钙钛矿层沉积包括溶液沉积（一步沉积、两步沉积）及气相沉积技术，相比一步沉积技术， 两步沉积可以实现更好的薄膜质量。

　　产业端：设备多样，RPD和涂覆机设备价值量最高。产业化设备主要包含磁控溅射仪、RPD设备、涂覆机、蒸镀机和激光设备等。空穴传输层采 用磁控溅射设备；钙钛矿层多采用涂覆机；电子传输层多采用RPD设备；背电极根据选取材 料不同可以选用磁控溅射设备或蒸镀机。

　　叠层电池可以综合利用不同波段的光能，提升电池效率。当n（∞）结电池叠层，理论极限效率 为69%。产业上叠层电池主要采用双结叠层，实现对光的短波长吸收（钙钛矿部分）和长波长吸 收（底电池部分）的结合，提升器件整体效率。双结叠层电池理论极限效率为46%。 双结叠层电池在形式上主要分为两端叠层器件和四端叠层器件。 钙钛矿/晶硅电池叠层 HJT是最适合与钙钛矿进行叠层的电池，目前效率可以达到29.8%。 钙钛矿可与TOPCon电池进行叠层，目前效率可以达到28.2%。

　　钙钛矿电池在BIPV领域潜力巨大。BIPV（光伏建筑一体化）是光伏行业增长最快的细分市场之一。 BIPV组件在不影响建筑美观的 情况下能够广泛吸收太阳能，可以用于替代建筑围护结构部分（如屋顶、天窗或外墙）中的传 统建筑材料。钙钛矿电池轻薄、吸光性好、透光度高，是理想的BIPV材料。BIPV是钙钛矿的最佳应用场景： 1.钙钛矿电池投资成本低，结构轻便，易于安装；2.相比多晶硅电池，钙钛矿电池在多云、阴天 以及太阳光照角度较低时持续不断产生电能；3.钙钛矿电池可以制作成具有透光性、色彩可调节 的组件，能更好得融入建筑。

　　CIPV（汽车集成光伏）领域处于起步阶段。目前Toyota Prius Prime、Nissan Leaf、 Karma Fischer Revero、Hyundai Sonata 和 Ioniq 5 是首批配备光伏集成全景天窗的汽车。 这些光伏全景天窗的功率输出约为数百瓦，主要用于支持供暖、通风和车载空调系统。 CIPV发电经济性分析：假设一台汽车装备CIPV设备需要额外支出5000元。一台汽车发电 面积4平米，每天持续发电5小时，预计可以带来20公里的续航增程。按照电价0.72元/度， 可以得到CIPV设备的投资回收期为5.28年。

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