钙钛矿电池商业化拐点已至？光伏建筑一体化布局将最先收益

2022-09-01 15:51:10  信息编号：K223364  浏览次数：194

近期，由杭州纤纳光电科技有限公司投资的钙钛矿生产线在浙江衢州正式投产，预计2020年计划产量将超过20万平方米光伏发电玻璃。业内人士认为，这标志着钙钛矿光伏电池技术从研发走向量产，推进该项技术的大规模工业化应用。

钙钛矿太阳能电池（PSCs）是利用钙钛矿结构材料作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代高效薄膜电池的代表，具有高效率、低成本、高柔性等优势。

高效率：单结PSCs理论转化效率可达31%，高于晶硅电池极限效率29.4%。PSCs与HJT有良好的叠层电池匹配度，可制造理论效率达43%的叠层电池。

低成本：PSCs相比传统晶硅（硅料、硅片、电池片、组件）产业链环节大幅简化，单环节价值高度集中，有望大幅降低光伏组件制造成本。

量产性：PSCs产业化进程中最主要的问题在于解决稳定性问题、大面积制备问题和环保性问题，受益于钙钛矿材料的可设计性，产业化进程持续推进。

浙商证券分析指出，钙钛矿具备质量轻、厚度小、柔性大、半透明等特性，是未来BIPV、电动汽车移动发电电源领域的明星材料。预计2025年BIPV潜在市场规模达1210亿元，钙钛矿拥有天然适配优势，有望在BIPV领域率先打开市场。

银河证券表示，目前，钙钛矿电池已步入商业化的关键节点，亟待推进供应链企业的合作开发以及行业标准的建立。钙钛矿电池成本低、效率高、工艺简单且可柔性制备，具备较强的优势，随着相关企业加大布局和开发力度，钙钛矿电池的产业化进程有望加速。钙钛矿电池制备工艺涉及涂布、磁控、蒸镀、激光等相关设备有望持续受益。

钙钛矿电池主要制备工艺

对应钙钛矿的五层结构，电子传输层（ETL）、钙钛矿吸光层、空穴传输层（HTL）为制备工艺的核心环节，最核心环节即钙钛矿吸光层的制备。透明导电基底层可外采导电玻璃或柔性片；金属电极通常通过使用贵金属真空蒸镀获得

针对钙钛矿电池最核心的工艺环节（钙钛矿吸光层的制备），主要包括旋涂法以及气相法。旋涂法又称湿法，气相法又称为干法。

1）旋涂法：旋涂法工艺相对简单，为目前主流的钙钛矿吸光层制备方法。按照步骤的不同可进一步分为一步法、两步法。其中，一步法指将钙钛矿的原料全部加入溶剂中，完全溶解后形成前驱溶液，前驱体溶液旋涂于基板上，溶剂在高速旋转中挥发，溶质留在基板上结晶形成钙钛矿薄膜。两步法指，首先将PbX2溶于溶剂，旋涂在基底上成膜；然后将PbX2浸泡在溶液中或再次旋涂于基板上，与PbX2膜反应生成钙钛矿。

2）气相法：包括物理气相沉积法与化学气相沉积法。气相法适用于大面积器件的制备，同时可以避免旋涂法制备过程中有毒溶剂的使用。另一方面，由于控制前驱体的相对比例并非易事，气相法对设备性能提出较高要求，高质量膜层的制备难度较高。

钙钛矿电池制备主要设备需求

钙钛矿太阳能电池主要设备包括镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备为钙钛矿电池制备四大设备，其中，镀膜设备价值占比约50%。

从上述各设备的具体作用来说，镀膜设备主要应用于制备阳极缓冲层、阴极缓冲层、背电极；涂布设备主要应用于制备钙钛矿吸光层、晶化；激光设备主要应用于串联电池等，主要包括激光膜切与激光清边。这三大设备为钙钛矿电池核心设备。

钙钛矿设备/产线投资额经济性显著，这也是钙钛矿电池技术备受资本市场追捧的关键之一。对比晶硅PERC电池，钙钛硅太阳能电池产线投资额仅为其约50%（5/9.6）。

此外，钙钛矿电池技术下，从原材料到钙钛矿组件仅需单一工厂即可完成，流程简单、生产周期短；而现在主流的单晶硅技术路线，是以产业链形式“硅料-硅片-电池-组件”完成组件交付，流程复杂、生产周期长。

新能源头部企业正在积极布局

不仅仅是政策层面在鼓励钙钛矿电池的技术研究，多家上市公司也纷纷表态，正在加大钙钛矿电池的布局和开发。

日前，隆基绿能总裁李振国在中国工程院创办的英文学术期刊《Engineering》上刊文称，未来10年，晶硅电池仍会是光伏行业的主流技术，但要实现高于28%的电池效率，仍需深入理解影响电池光电转换效率的因素，并探索可有效控制这些因素的途径。如果在未来几年里钙钛矿电池的寿命和大面积效率损失问题能够得到有效改善，那么钙钛矿、晶硅叠层电池有望成为未来的高效率电池主流。

通威股份在今年半年报中也提到，公司已全面展开了对钙钛矿/硅叠层电池等前沿技术的研究与开发。

在投资者互动平台，有不少投资者询问上市公司关于钙钛矿电池的研究进度。

京山轻机表示，公司已有钙钛矿电池设备出货，正在积极布局和进行相应的技术储备。

中来股份在回复投资者时表示，公司的钙钛矿叠层电池正在研发中，现阶段重点在进行与钙钛矿电池相匹配的底层电池的研发。

宁德时代董事长曾毓群在今年5月份召开的业绩说明会上表示，公司钙钛矿光伏电池研究进展顺利，正在搭建中试线。

值得一提的是，钙钛矿电池获得上市公司青睐的主要原因在于其效率的提升。

国泰君安研究报告认为，钙钛矿电池具有极高的光电转换效率上限，具备大规模商业化应用潜力。新式钙钛光伏电池的单层理论效率可达33%，钙钛矿叠层电池转换效率可达43%。产业链大幅缩短，制造效率显著提升。

“未来的钙钛矿电池最大的优势就是成本低、光电转换效率的空间大，有可能是发电成本最低的一种光伏发电技术路线。”北京特亿阳光新能源总裁祁海珅告诉《证券日报》记者，现阶段，钙钛矿电池技术更多的是给晶硅电池技术赋能，增加钙钛矿技术的HJT异质结叠层电池应该是技术融合的最佳突破路径，达到30%光电转换效率的可能性还是比较大的，这是单纯的仅依靠晶硅技术的电池无法触及的，很大程度上需要钙钛矿技术的赋能和加持下的合力作用。

建筑光伏为绿色低碳新路径

我国在 2020 年联合国大会提出中国碳排放“3060”目标，2021 年中国二氧化碳排放量超过 119 亿吨，占全球总量的 33%，其中建筑行业为碳排放的隐藏大户。

根据《中国建筑能耗研究报告（2021）》，2019 全国建筑全过程碳排放总量为 49.97 亿 tCO2，占全国碳排放的比重为 28.0%，在碳达峰和碳中和的背景下，建筑行业节能减排任重道远。

报告指出对于建筑业转型绿色建筑过程而言，建筑运行阶段是消耗能源和产生碳排放的主要阶段且较易完成，建筑光伏为主要途径可以使建筑从单纯的用能者转向产能+用能的主体。

BIPV 优势明显，行业发展空间大随着分布式光伏的推广，BIPV 为主要发力方向。建筑技术光伏主要有 BAPV 和 BIPV 两种形式，其中 BAPV 因技术成熟简单、成本较低，所以落地项目较多。

BIPV 则逐渐发展出晶硅型和薄膜型两类不同的技术路线。随着晶体硅类的转换效率不断提高，主要应用于没有透光需求的光伏屋顶项目；而对于透光有要求的屋顶或建筑立面项目，薄膜电池普遍具备更佳的弱光性和温度系数等优势，性能更适配 BIPV 的应用场景。

整体而言，相较于传统的 BAPV，BIPV 的安全性、观赏性、便捷性和后续维护都具备一定优势，展现了更广阔的应用空间，未来空间可期。

政策持续加码，建筑光伏一体化成未来风口。“十三五”期间，一系列建筑光伏和绿色建筑相关政策开始推出并落地，伴随着我国光伏组件价格下降以及光伏技术改良，我国光伏市场迎来快速增长阶段。

“十四五”阶段政策开启加速度，2021 年国家能源局发布了“5432”光伏建筑整县推进方案；2022 年初住建部印发《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》，通过“强制+自愿”的推广模式适当提高公共建筑中绿色建筑的建筑比例；2022 年 6 月住建部、发改委联合印发《关于城乡建设领域碳达峰实施方案的通知》提出进一步推动建筑太阳能光伏一体化建设。由此可见，国家政策正在加速推进建筑光伏项目的落地实施。

新一代光伏电池产业化加速

随着电池技术持续变革，新一代光伏电池技术新路线不断涌现。

通威股份在半年报中表示，光伏行业技术更新、产品升级较快。近年来，TOPCon、HJT、IBC等新一代晶硅电池技术不断取得突破，薄膜、钙钛矿等非晶硅技术路线也实现较快发展，新一代电池技术对硅料质量要求更高，预期N型料产品需求将愈加旺盛。如公司无法持续跟进前沿技术，应对市场变化，可能造成公司竞争力减弱的风险。

在上市公司的积极布局下，钙钛矿电池的产业化前景也越来越清晰。

据了解，目前协鑫光电生产的尺寸为1m×2m的全球最大尺寸钙钛矿组件已经下线，投建的全球首条100MW量产线已在昆山完成厂房和主要硬件建设，计划2022年投入量产。

协鑫光电表示，钙钛矿组件在发电量和度电成本上即将超过当前主流的晶硅组件，下一代光伏电池已达到大规模量产和应用的临界点。

7月6日，杭萧钢构在互动平台上称，子公司合特光电计划2022年底投产首条晶硅薄膜+钙钛矿叠层电池中试线，目标转化效率为28%以上。

7月28日，纤纳光电在浙江衢州举行了首批α组件的发货仪式，此次发货数量为5000片，用于省内工商业分布式钙钛矿电站。从新技术产业化周期来看，钙钛矿电池已开始走向生产线。

吕锦标进一步表示，技术迭代过程中还是要在提高光电转换效率和降低制造成本方面发力，这其中需要在全产业链各端的工艺创新、装备升级和光伏发电系统配套优化。

“钙钛矿电池虽然投资成本低、转换效率潜力也高，但是其衰减快、寿命短、难以实现大尺寸等一系列问题都需要不断的解决和提升，才能具有大范围商业化推广的条件。”祁海珅表示。