預(yù)見2024：《2024年中國鈣鈦礦電池行業(yè)全景圖譜》(附市場現(xiàn)狀、競爭格局和發(fā)展趨勢等)

鈣鈦礦電池行業(yè)主要上市公司：寧德時代(300750.SZ);隆基綠能(601012.SH);天合光能(688599.SH);晶科能源(688223.SH);晶澳科技(002459.SZ);杭蕭鋼構(gòu)(600477.SH);寶馨科技(002514.SZ)等

本文核心數(shù)據(jù)：各類太陽能電池轉(zhuǎn)換效率;各類太陽能電池理論極限轉(zhuǎn)換效率;中國代表性企業(yè)鈣鈦礦電池產(chǎn)線布局

行業(yè)概況

1、定義

1839年，俄羅斯礦物學(xué)家佩羅夫斯基發(fā)現(xiàn)了礦物CaTiO3，并以自己的名字將其命名為“Perovskite”，即鈣鈦礦。狹義的鈣鈦礦為CaTiO3本身，廣義的鈣鈦礦則指與CaTiO3晶體結(jié)構(gòu)類似的ABX3型化合物。

鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)由共享的BX6八面體組成，A占據(jù)了每個晶胞單元中BX6八面體的空腔位置，其中A位一般為大半徑的一價陽離子(CH3NH3+、Cs+等)，B位為小半徑的二價陽離子(Pb2+、Sn2+、Ge2+等)，X位則為鹵素陰離子((Cl-、Br-、I-等)。

鈣鈦礦電池是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽能電池，其工作基于半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)，利用電子和空穴對產(chǎn)生電流。鈣鈦礦電池屬于第三代新型太陽能電池，具有原料無毒且儲量豐富、成本低、工藝簡單且可柔性制備等優(yōu)點，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?jié)摿薮?，目前發(fā)展仍處于中試線階段。

當(dāng)前，鈣鈦礦電池主要有單結(jié)鈣鈦礦電池和疊層鈣鈦礦電池。如果一個鈣鈦礦電池只有鈣鈦礦本身的“三明治”結(jié)構(gòu)，那么就是單結(jié)鈣鈦礦電池。所謂疊層鈣鈦礦電池，是指鈣鈦礦層可以堆疊在彼此之上，也可以堆疊在傳統(tǒng)晶硅太陽能電池之上，形成能夠吸收更寬太陽光譜的“串聯(lián)”電池。按照不同材料的堆疊，疊層鈣鈦礦電池的技術(shù)路線有晶硅/鈣鈦礦疊層電池、全鈣鈦礦疊層電池、薄膜電池(如銅銦鎵硒)/鈣鈦礦疊層電池等。

2、產(chǎn)業(yè)鏈剖析：上游設(shè)備為核心

鈣鈦礦電池屬于第三代新型太陽能電池，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)原理和硅基電池差異較大，需全新的工藝流程和產(chǎn)線設(shè)備，因此產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)差異較大。

鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈上游包括TCO玻璃、靶材、POE膠膜、丁基膠等輔材以及鍍膜設(shè)備、涂布設(shè)備、激光設(shè)備、封裝設(shè)備等設(shè)備，其中以鍍膜設(shè)備(PVD、RPD)、涂布機、激光設(shè)備為核心;中游為鈣鈦礦電池及組件制造;下游為鈣鈦礦電池應(yīng)用，包括BIPV(光伏建筑一體化)、車載光伏、室內(nèi)光伏等。

從鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈參與者來看，代表性企業(yè)主要分布在產(chǎn)業(yè)鏈上游和中游。上游輔材供應(yīng)商包括安彩高科、亞瑪頓、秀強股份、隆華科技、阿石創(chuàng)、海優(yōu)新材、明冠新材、康達(dá)新材等，設(shè)備供應(yīng)商包括捷佳偉創(chuàng)、京山輕機、微導(dǎo)納米、理想晶延、紅太陽、眾能光電、奧來德、德滬涂膜、曼恩斯特、大族激光、邁為股份、帝爾激光、弗斯邁等;中國鈣鈦礦電池及組件制造商包括協(xié)鑫光電、纖納光電、大正微納、極電光能、仁爍光能、曜能科技、寧德時代、隆基綠能、晶科能源、寶馨科技等。

行業(yè)發(fā)展歷程：誕生十余年，轉(zhuǎn)換效率迅速躍升

從鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展歷程來看，2009年，日本科學(xué)家Kojima和Miyasaka將鈣鈦礦這種材料應(yīng)用到染料敏化太陽能電池中，并實現(xiàn)了3.8%的光電轉(zhuǎn)換效率，鈣鈦礦太陽能電池正式誕生。但該電池僅僅存在了幾分鐘，為解決鈣鈦礦太陽電池的穩(wěn)定性問題，2012年，Park小組使用固態(tài)spiro-OMeTAD作為空穴傳輸層并制備出第一塊全固態(tài)鈣鈦礦太陽能電池，電池效率達(dá)到9.7%。

隨后，鈣鈦礦太陽能電池進(jìn)入迅猛發(fā)展階段，光電轉(zhuǎn)換效率不斷突破。得益于兩步沉積法、氧化鋁取代二氧化鈦、采用陽離子交換等途徑，鈣鈦礦太陽能電池轉(zhuǎn)換效率相繼突破15%、20%和25%。目前，單結(jié)鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)換效率記錄為26.1%，由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)于2023年7月創(chuàng)造。

疊層電池方面，2023年11月，經(jīng)NERL認(rèn)證，隆基綠能自主研發(fā)的晶硅-鈣鈦礦疊層電池效率達(dá)到33.9%，為目前全球晶硅-鈣鈦礦疊層電池效率的最高紀(jì)錄。

行業(yè)政策背景：推進(jìn)技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

鈣鈦礦太陽能電池作為第三代新型太陽能電池，具有高轉(zhuǎn)換效率、低成本、應(yīng)用場景廣泛等優(yōu)勢，契合光伏行業(yè)降本增效的主旋律，獲得了國家的認(rèn)可。近年來，國家層面出臺相關(guān)政策推動鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，具體如下：

行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1、鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)換效率進(jìn)步快、理論極限高

鈣鈦礦電池的研究起步較晚，但其轉(zhuǎn)換效率進(jìn)步速度遠(yuǎn)快于晶硅電池。單結(jié)鈣鈦礦電池僅用十余年時間就將轉(zhuǎn)換效率從3.8%提升至26.1%，晶硅/鈣鈦礦疊層電池轉(zhuǎn)換效率更是迅速升至33.9%，而晶硅太陽能電池達(dá)到26.1%的轉(zhuǎn)換效率用了近40年。

鈣鈦礦電池突飛猛進(jìn)的發(fā)展得益于其優(yōu)秀的光電性質(zhì)。相比晶硅材料，鈣鈦礦材料具有更高的光吸收系數(shù)，且其電子和空穴的擴散長度大于百微米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鈣鈦礦材料對光子的吸收深度，有利于自由電子和空穴的輸運，可被陰陽電極完全收集，進(jìn)而實現(xiàn)高效的光電轉(zhuǎn)化效率。

此外，鈣鈦礦電池?fù)碛懈叩睦碚撧D(zhuǎn)換效率，未來發(fā)展空間更大。追求持續(xù)的降本增效一直是光伏行業(yè)發(fā)展的主旋律，目前晶硅電池越來越接近29.4%的理論極限，發(fā)展?jié)摿τ邢?而鈣鈦礦電池?fù)碛懈叩?1%理論轉(zhuǎn)換效率上限，且可與其他電池進(jìn)行雙結(jié)、三結(jié)疊層，分別達(dá)到35%和45%的轉(zhuǎn)換效率。

2、鈣鈦礦電池生產(chǎn)效率高、制程耗時短

與晶硅太陽能電池相比，鈣鈦礦電池的制程耗時明顯減少，一體化工廠生產(chǎn)效率大大提高。晶硅電池需要至少在四個不同的工廠分別加工硅料、硅片、電池、組件，單位制程至少需要3天以上，同時還需要大量的人力、運輸成本等。根據(jù)協(xié)鑫納米的數(shù)據(jù)，鈣鈦礦太陽能電池的生產(chǎn)流程較為簡單，僅需45分鐘就可將玻璃、膠膜、靶材、化工原料等在一個工廠內(nèi)加工成組件，極大地縮短了制程耗時，簡化了流程，價值高度集中。

3、鍍膜、激光刻蝕為制備過程核心環(huán)節(jié)

鈣鈦礦電池在結(jié)構(gòu)上由多個功能薄膜疊加而成，其制備在方法上也是在基底上一層層累置薄膜而成。整個過程中三層薄膜(空穴傳輸層HTL、鈣鈦礦層、電子傳輸層ETL)制備最為關(guān)鍵，鍍膜、激光刻蝕為核心環(huán)節(jié)，鍍膜設(shè)備(PVD、RPD)、激光設(shè)備和涂布機為核心設(shè)備。

鈣鈦礦太陽能電池根據(jù)電荷傳輸方向不同分為n-i-p型(正式結(jié)構(gòu))和p-i-n型(反式結(jié)構(gòu))，根據(jù)傳輸層結(jié)構(gòu)不同分為介孔結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)。p-i-n平面型，又名反式平面結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)從下至上分別是：透明導(dǎo)電基底、p型空穴傳輸層、鈣鈦礦層、n型電子傳輸層和金屬電極。目前反式平面結(jié)構(gòu)為鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中較為主流的選擇，布局該類電池的企業(yè)包括協(xié)鑫光電、極電光能等。

以反式平面結(jié)構(gòu)為例，其工藝流程為：導(dǎo)電透明玻璃制備-激光P1刻蝕-制備第一傳輸層薄膜-退火/干燥-制備鈣鈦礦層薄膜-退火烘干-制備第二傳輸層薄膜-退火/干燥-激光P2刻蝕-底電極(背電極)制備-激光P3刻蝕-激光清邊-測試分揀和封裝。鈣鈦礦電池組件生產(chǎn)共需要鍍膜設(shè)備、激光設(shè)備、涂布設(shè)備和封裝設(shè)備4種設(shè)備，需進(jìn)行3次鍍膜、3次激光刻蝕+1次激光清邊。制備過程中，材料、工藝、設(shè)備共同鑄就鈣鈦礦電池企業(yè)的核心競爭力，鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展帶來關(guān)鍵設(shè)備的投資機會。

行業(yè)競爭格局

1、企業(yè)競爭：極電光能、協(xié)鑫光電產(chǎn)能領(lǐng)先

隨著鈣鈦礦電池企業(yè)自身工藝進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)資本的持續(xù)高漲投入，行業(yè)內(nèi)公司的產(chǎn)線推進(jìn)迅速，極電光能、協(xié)鑫光電等頭部企業(yè)大多已投產(chǎn)百兆瓦級量產(chǎn)中試線，并在產(chǎn)品穩(wěn)定性得到驗證后進(jìn)一步探索GW級產(chǎn)線;新進(jìn)入者也在跟進(jìn)布局百兆瓦級中試線。

2、區(qū)域競爭：江蘇分布最集中

從鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈代表性企業(yè)的區(qū)域分布來看，江蘇的鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)數(shù)量最多，且產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)分布相對完善。其中，江蘇的上游輔材企業(yè)有亞瑪頓、秀強股份、賽伍技術(shù)，上游設(shè)備企業(yè)有微導(dǎo)納米、邁為股份、德龍激光、弗斯邁，中游鈣鈦礦電池企業(yè)眾多，分布有天合光能、寶馨科技、協(xié)鑫光電、大正微納、極電光能、仁爍光能。

行業(yè)發(fā)展前景及趨勢預(yù)測

目前，國內(nèi)鈣鈦礦電池行業(yè)仍處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展初期，未來發(fā)展重點主要集中在提升電池的光電轉(zhuǎn)換效率和提升鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性，研制具有更高穩(wěn)定性、更高光電轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦太陽電池是發(fā)展趨勢。此外，由于鈣鈦礦材料大多含有Pb元素，會對環(huán)境有潛在影響，因此，無鉛化、低毒性材料研發(fā)也是重要的關(guān)注方向。

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