資本熱捧、產(chǎn)線(xiàn)落地……鈣鈦礦即將成為新一代光伏電池革命的引領(lǐng)者？
(相關(guān)資料圖)
這個(gè)誕生于2009年的新技術(shù)，僅用十年時(shí)間就完成了從技術(shù)發(fā)現(xiàn)到實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率突破25%的“壯舉”，而晶體硅電池則用了足足六十余年。
鈣鈦礦的高速發(fā)展讓市場(chǎng)看到了下一代光伏技術(shù)的肇始，眾多資本爭(zhēng)相涌入這一新賽道。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2021年鈣鈦礦光伏領(lǐng)域至少吸引了85億元投資。到了2022年,淡馬錫投資、紅杉中國(guó)、IDG資本、招銀國(guó)際等對(duì)協(xié)鑫光電、纖納光電等鈣鈦礦企業(yè)的投資也仍未停止，相關(guān)企業(yè)投后估值已超百億。
在此背景下，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展也迎來(lái)了明顯加速。協(xié)鑫光電、纖納光電、極電光能的100MW、100MW、150MW鈣鈦礦生產(chǎn)線(xiàn)已正式運(yùn)行，GW級(jí)產(chǎn)線(xiàn)均在規(guī)劃中，最快將于2023年下半年投產(chǎn)。
本報(bào)告將通過(guò)梳理鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈，詳細(xì)闡述鈣鈦礦生產(chǎn)領(lǐng)域所涉設(shè)備、材料的種類(lèi)和性能，組件的不同類(lèi)別、技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)及產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)。同時(shí)，報(bào)告也將剖析鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化當(dāng)下面臨的主要問(wèn)題，以及各環(huán)節(jié)主要廠(chǎng)商的布局和最新技術(shù)進(jìn)展。
全文篇幅較長(zhǎng)，主要從以下方面展開(kāi)：
1.鈣鈦礦電池簡(jiǎn)介
1.1 鈣鈦礦獨(dú)具四大優(yōu)勢(shì)
1.2 資本密集布局，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提速
2.鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈之設(shè)備
2.1 鍍膜設(shè)備價(jià)值量占比高
2.2 激光設(shè)備需求不斷增長(zhǎng)
3.鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈之材料
3.1材料體系尚未定型，不同膜層均有多種選擇
3.2 TCO玻璃是最核心材料
4.鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈之組件
4.1單結(jié)電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換效率仍有提升空間
4.2疊層電池轉(zhuǎn)換效率高，但多處于試驗(yàn)階段
5.鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化難題
5.1大面積組件光電轉(zhuǎn)換效率低
5.2組件穩(wěn)定性差
5.3結(jié)晶工藝存不確定性
6.結(jié)語(yǔ)
1.鈣鈦礦電池簡(jiǎn)介
1.1鈣鈦礦電池獨(dú)具四大優(yōu)勢(shì)
根據(jù)不同的技術(shù)路線(xiàn)，太陽(yáng)能電池可大致分為晶硅電池、薄膜電池、鈣鈦礦電池等。
對(duì)于光伏電池各個(gè)技術(shù)路線(xiàn)而言，轉(zhuǎn)換效率的高低決定了其未來(lái)的發(fā)展?jié)摿ΑＯ啾容^晶硅而言，鈣鈦礦具備三大核心優(yōu)勢(shì)：光電特性非常好、原材料豐富且易于合成、生產(chǎn)工藝流程短。
資料顯示，單結(jié)晶硅電池的理論極限效率約為29%，從實(shí)際情況來(lái)看，目前晶科能源182TOPCon電池轉(zhuǎn)換效率約為26.4%；隆基綠能的P型HJT電池、無(wú)銦HJT電池目前的最高轉(zhuǎn)換效率則達(dá)到26.56%、26.09%。
而鈣鈦光伏電池的單結(jié)理論效率可達(dá)31%；鈣鈦礦疊層電池，包括晶硅/鈣鈦礦的雙結(jié)疊層轉(zhuǎn)換效率可達(dá)35%，鈣鈦礦三結(jié)層電池理論效率可達(dá)45%以上，因此被業(yè)內(nèi)認(rèn)為有望成為下一代主流光伏技術(shù)。
制備成本方面，硅料價(jià)格的持續(xù)上漲使得下游電池和組件廠(chǎng)商利潤(rùn)承壓均出現(xiàn)一定程度的下滑。而PSCs制作過(guò)程無(wú)需硅料，制作金屬鹵化物鈣鈦礦所需原材料儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，且前驅(qū)液的配制不涉及任何復(fù)雜工藝，對(duì)純度要求不高，后續(xù)組件對(duì)加工環(huán)境要求也不高，組件生產(chǎn)過(guò)程不需要晶硅電池的千度左右的加工溫度，在生產(chǎn)過(guò)程中的能耗比較低，多數(shù)環(huán)節(jié)也不需要真空環(huán)境。目前，鈣鈦礦組件成本結(jié)構(gòu)占比最多的是電極材料，達(dá)37%，鈣鈦礦自身材料成本占比僅為5%，鈣鈦礦組件未來(lái)仍有較大的降本空間。
設(shè)備投資方面，晶硅電池在四個(gè)不同工廠(chǎng)內(nèi)分別加工硅料、硅片、電池、組件，此過(guò)程需要至少耗時(shí)3天，而PSCs的生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單，可在45分鐘內(nèi)將玻璃、膠膜、靶材、化工原料在單一工廠(chǎng)內(nèi)加工成為組件，產(chǎn)業(yè)鏈顯著縮短，價(jià)值高度集中。
立鼎產(chǎn)業(yè)研究統(tǒng)計(jì)了纖納光電、協(xié)鑫納米、牛津光伏等三家公司公布的數(shù)據(jù)，以達(dá)到1GW產(chǎn)能需要的投資金額來(lái)對(duì)比，晶硅的硅料、硅片、電池、組件全部加起來(lái)，需要大約9億-10億元的投資規(guī)模，而鈣鈦礦實(shí)現(xiàn)1 GW產(chǎn)能需要的投資金額約為5億元左右，是晶硅的一半左右，比起投資更高的第二代GaAs薄膜太陽(yáng)能電池，成本更是只有1/10。
1.2資本密集布局，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提速
2021年以來(lái)鈣鈦礦一級(jí)市場(chǎng)投資持續(xù)火熱，多方巨頭入場(chǎng)鈣鈦礦。除了騰訊、碧桂園等跨界入局之外，一眾專(zhuān)業(yè)投資機(jī)構(gòu)紛紛參與鈣鈦礦電池企業(yè)融資，如三峽資本領(lǐng)投纖納光電C 輪融資、凱輝能源基金領(lǐng)投協(xié)鑫光電過(guò)億融資、高瓴資本領(lǐng)投曜能科技數(shù)千萬(wàn)A輪融資等。
“市場(chǎng)對(duì)鈣鈦礦技術(shù)的關(guān)注度越來(lái)越高，多方都愿意入股。2020年協(xié)鑫光電（協(xié)鑫集團(tuán)控股子公司）尋找投資人時(shí)，還沒(méi)有這樣的關(guān)注度。” 協(xié)鑫光電董事長(zhǎng)范斌稱(chēng)。
新興企業(yè)的技術(shù)進(jìn)展不斷吸引眼球，包括極電光能、曜能科技、協(xié)鑫光電、纖納光電等；多家A股光伏龍頭企業(yè)也已開(kāi)展布局，包括隆基綠能（601012.SH）、晶科能源（688223.SH）、通威股份（600438.SH）等。
盡管目前鈣鈦礦太陽(yáng)能電池尚處于產(chǎn)業(yè)化早期，其配方、設(shè)備、工藝等仍處不斷迭代階段。但自2022年以來(lái)，鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程明顯加快。據(jù)業(yè)內(nèi)專(zhuān)家透露，極電光能2022年底150MW小線(xiàn)投產(chǎn)；杭州纖納光電投產(chǎn)100MW，協(xié)鑫光電、眾能光電、萬(wàn)度光等多家企業(yè)搭建中試線(xiàn)，加速規(guī)模量產(chǎn)驗(yàn)證進(jìn)程，多條百兆瓦產(chǎn)線(xiàn)、GW級(jí)產(chǎn)線(xiàn)規(guī)劃中。
中商產(chǎn)業(yè)研究院指出，2022年鈣鈦礦電池滲透率不足1%，2030年有望增長(zhǎng)至30%。業(yè)內(nèi)公司對(duì)于鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化前景更為樂(lè)觀(guān)，在極電光能聯(lián)合創(chuàng)始人、總裁于振瑞看來(lái)，“2023年，鈣鈦礦光伏產(chǎn)品將在各種場(chǎng)景下得到應(yīng)用，預(yù)計(jì)各類(lèi)BIPV、分布式光伏等項(xiàng)目上都能看到鈣鈦礦光伏產(chǎn)品的身影。”
中金公司研究預(yù)計(jì)，2023年鈣鈦礦行業(yè)中試線(xiàn)擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模或達(dá)1000-1200MW，同比2022年的350MW增長(zhǎng)接近兩倍；2023年上半年協(xié)鑫光電、纖納光電、極電光能或率先啟動(dòng)行業(yè)首批GW級(jí)產(chǎn)能的建設(shè)和招標(biāo)活動(dòng)；且2023年至2024年，預(yù)計(jì)各家一級(jí)市場(chǎng)鈣鈦礦公司融資輪次有望繼續(xù)向前推進(jìn)。
中金公司稱(chēng)，鈣鈦礦已經(jīng)邁過(guò)從0-1的階段，即將迎來(lái)從1-N的全新階段。
2.鈣鈦礦電池之設(shè)備
基于當(dāng)前企業(yè)的產(chǎn)能規(guī)劃，中金公司預(yù)計(jì)2026年鈣鈦礦電池國(guó)內(nèi)總產(chǎn)能突破25GW，預(yù)計(jì)鈣鈦礦電池制造行業(yè)、設(shè)備行業(yè)2026年產(chǎn)值有望分別突破400億元、100億元。
而浙商證券對(duì)2020-2030年鈣鈦礦太陽(yáng)能電池市場(chǎng)空間進(jìn)行測(cè)算更為樂(lè)觀(guān)，假設(shè)10年間鈣鈦礦電池滲透率從0增長(zhǎng)至30%，至2030年，鈣鈦礦設(shè)備市場(chǎng)空間有望達(dá)到836億元。
鈣鈦礦電池的核心設(shè)備包括鍍膜設(shè)備、激光設(shè)備、層壓設(shè)備，并輔以清洗、干燥及各類(lèi)自動(dòng)化設(shè)備，相較于晶硅電池由硅料、硅片、電池廠(chǎng)、組件的多廠(chǎng)組合生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，鈣鈦礦電池由一條生產(chǎn)線(xiàn)即可組成生產(chǎn)線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的降低。
鍍膜設(shè)備（PVD設(shè)備）、涂布設(shè)備、激光設(shè)備、封裝設(shè)備為鈣鈦礦電
池制備四大設(shè)備。
據(jù)頭豹研究院汽車(chē)行業(yè)分析師鮑金玲介紹，PVD設(shè)備不僅應(yīng)用在鈣鈦礦電池，晶硅電池的生產(chǎn)也需要，其他的行業(yè)生產(chǎn)也有可能會(huì)用到PVD技術(shù)，目前PVD鍍膜設(shè)備占鈣鈦礦整線(xiàn)的價(jià)值比例大概在50%左右；激光設(shè)備精度要求高于傳統(tǒng)光伏、接近于半導(dǎo)體工藝，需求更為明確。
鮑金玲稱(chēng)，四大設(shè)備中涂布設(shè)備難度更大，因?yàn)殁}鈦礦是把鹵化物溶液涂在玻璃或者硅片上，溶液結(jié)晶，形成光伏的吸光材料；由于目前沒(méi)有任何生產(chǎn)活動(dòng)需要這樣的結(jié)晶工藝，因此需重新開(kāi)發(fā)適合鈣鈦礦生產(chǎn)的薄膜設(shè)備，主要設(shè)備商是美國(guó)或日本、韓國(guó)企業(yè)，本土設(shè)備商主要有德滬涂膜（市占率約70%）、中能光電。
長(zhǎng)江證券指出，當(dāng)前鈣鈦礦電池技術(shù)整體仍處于產(chǎn)業(yè)化初期，擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模較小。設(shè)備廠(chǎng)商提前與鈣鈦礦廠(chǎng)商進(jìn)行合作研發(fā)、驗(yàn)證，將充分受益后續(xù)鈣鈦礦電池?cái)U(kuò)產(chǎn)放量。
2.1鍍膜設(shè)備價(jià)值量占比高
鍍膜設(shè)備（PVD設(shè)備）是鈣鈦礦電池核心設(shè)備，技術(shù)較為成熟，價(jià)值量占比高。
PVD（物理氣相沉積）設(shè)備并非新概念，其在半導(dǎo)體&HJT領(lǐng)域已有應(yīng)用，技術(shù)較為成熟。鈣鈦礦生產(chǎn)線(xiàn)中，PVD設(shè)備主要用途為給電子傳輸層、空穴傳輸層以及電極等進(jìn)行鍍膜，因此一條生產(chǎn)線(xiàn)可能需要多套設(shè)備，這使得目前PVD鍍膜設(shè)備占鈣鈦礦整線(xiàn)的價(jià)值比例高達(dá)50%左右。
根據(jù)具體工藝不同，PVD設(shè)備可分為蒸鍍?cè)O(shè)備、磁控濺射設(shè)備。此外，還有原理相近的日本住友開(kāi)發(fā)的反應(yīng)等離子體鍍膜（RPD）設(shè)備。RPD的優(yōu)點(diǎn)是可以減少對(duì)鈣鈦礦電池的轟擊損害，有利于提高轉(zhuǎn)換效率和良率，缺點(diǎn)是設(shè)備的價(jià)格較為昂貴。
東吳證券電新首席證券分析師曾朵紅測(cè)算，百M(fèi)W級(jí)鈣鈦礦產(chǎn)線(xiàn)的核心總投資額約1.2億元，其中鍍膜設(shè)備、激光設(shè)備、涂布設(shè)備、封裝設(shè)備投資比例為50%：25%：15%：10%。
具體來(lái)看，生產(chǎn)百M(fèi)W級(jí)鈣鈦礦電池需要鍍膜設(shè)備3臺(tái)（2臺(tái)PVD，單價(jià)1000萬(wàn)/臺(tái)；1臺(tái)PRD，單價(jià)2000萬(wàn)/臺(tái)）、激光設(shè)備3-4臺(tái)(大多數(shù)4臺(tái))，總價(jià)值量1000-1500萬(wàn)；涂布設(shè)備單臺(tái)1000+萬(wàn)/臺(tái)，濕法制備需2臺(tái)，鈣鈦礦層+鈍化層合計(jì)2000萬(wàn)+；封裝設(shè)備1臺(tái)，單臺(tái)價(jià)值1200萬(wàn)左右，連同后道設(shè)備價(jià)值量共3000萬(wàn)元以上。
總的來(lái)說(shuō)，鍍膜設(shè)備總投資額占比最高，未來(lái)鍍膜設(shè)備國(guó)產(chǎn)化是鈣鈦礦生產(chǎn)降本主要途徑，后續(xù)GW級(jí)設(shè)備投資預(yù)計(jì)為7億-8億元/GW。
鍍膜設(shè)備一般用于制備陽(yáng)極緩沖層、陰極緩沖層、背電極。國(guó)內(nèi)主要鈣鈦礦電池鍍膜設(shè)備商如下：
京山輕機(jī)（000821.SZ）是目前上市公司中在鈣鈦礦設(shè)備領(lǐng)域布局較為全面的企業(yè)之一。
京山輕機(jī)全資子公司晟成光伏早在2021 年5 月與協(xié)鑫光電就鈣鈦礦疊層電池技術(shù)達(dá)成合作開(kāi)發(fā)協(xié)議；2022 年6 月宣布鈣鈦礦電池團(tuán)簇型多腔式蒸鍍?cè)O(shè)備現(xiàn)已量產(chǎn)。據(jù)晟成光伏內(nèi)部人士透露，公司推出的PVD濺射設(shè)備已成熟，蒸鍍?cè)O(shè)備也已實(shí)現(xiàn)多個(gè)客戶(hù)的出貨，此外公司與高校合作開(kāi)發(fā)的空間式ALD設(shè)備正在客戶(hù)端驗(yàn)證，該設(shè)備解決了傳統(tǒng)ALD設(shè)備效率低的問(wèn)題，有望在電子傳輸層中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。
1月29日，京山輕機(jī)發(fā)布業(yè)績(jī)預(yù)告，預(yù)計(jì)2022年實(shí)現(xiàn)凈利2.8億-3.2億元，同比增長(zhǎng)92%-119%。京山輕機(jī)稱(chēng)，2022年晟成光伏新簽訂單數(shù)和年底在手訂單數(shù)、銷(xiāo)售收入和凈利均實(shí)現(xiàn)同比大幅增長(zhǎng)。
浙商證券認(rèn)為，京山輕機(jī)布局PVD、ALD、團(tuán)簇型多腔室蒸鍍?cè)O(shè)備、組件封裝設(shè)備等，已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并成功應(yīng)用于多個(gè)客戶(hù)端，將具備鈣鈦礦電池整線(xiàn)設(shè)備交付能力，如保持先發(fā)優(yōu)勢(shì)、將充分受益鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化浪潮。
捷佳偉創(chuàng)（300724.SZ）此前在接受機(jī)構(gòu)調(diào)研時(shí)表示，公司重視鈣鈦礦技術(shù)，當(dāng)前行業(yè)量產(chǎn)比較少，主要在中試環(huán)節(jié)，核心設(shè)備公司都有相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備。鈣鈦礦整體技術(shù)路線(xiàn)、工藝路線(xiàn)多樣，有些成熟設(shè)備已經(jīng)得到下游客戶(hù)的認(rèn)可。公司2022年實(shí)現(xiàn)了PRD設(shè)備、蒸鍍?cè)O(shè)備訂單的落地，其中PRD設(shè)備進(jìn)展較快，客戶(hù)反饋良好。此外，公司鈣鈦礦整線(xiàn)設(shè)備的研發(fā)已完成，目前正在與下游客戶(hù)接洽溝通過(guò)程中。
2.2激光設(shè)備需求不斷增長(zhǎng)
光伏產(chǎn)品對(duì)于光電轉(zhuǎn)換效率“錙銖必較”，激光可用于摻雜、開(kāi)槽、轉(zhuǎn)印、無(wú)損劃片以及打孔技術(shù)等，能有效提高光電轉(zhuǎn)換效率，是光伏技術(shù)升級(jí)的必備“武器”。
據(jù)華安證券機(jī)械行業(yè)首席研究員張帆介紹，2021~2023年光伏用激光設(shè)備（不含組件環(huán)節(jié)及鈣鈦礦技術(shù)）市場(chǎng)總規(guī)模約83億元，2022、2023年市場(chǎng)總量22.46億、43.39億元（同比增長(zhǎng)34%/93%)。隨著光伏N型電池片產(chǎn)能放量，且新技術(shù)不斷迭代，光伏激光設(shè)備需求不斷增長(zhǎng)。
目前百兆瓦級(jí)別鈣鈦礦光伏產(chǎn)線(xiàn)中激光設(shè)備價(jià)值量約為1000萬(wàn)元，鈣鈦礦產(chǎn)能提升將提高激光設(shè)備保持同一精度的難度，同時(shí)生產(chǎn)商的經(jīng)驗(yàn)將隨著激光設(shè)備出貨量的提升而改善，國(guó)泰君安預(yù)計(jì)在這兩個(gè)因素的共同影響下GW級(jí)產(chǎn)線(xiàn)的激光設(shè)備價(jià)值量約為1億元/GW。
國(guó)泰君安資深分析師周天樂(lè)預(yù)計(jì)，激光設(shè)備作為標(biāo)準(zhǔn)配置，將伴隨鈣鈦礦產(chǎn)能快速擴(kuò)張同步放量，預(yù)計(jì)2023-2026年國(guó)內(nèi)新增激光設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模為 1.2億/4.8億/10億/15億元。
據(jù)悉，現(xiàn)階段鈣鈦礦激光設(shè)備尚未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，各鈣鈦礦組件生產(chǎn)商均與上游激光企業(yè)開(kāi)展合作共同研發(fā)激光設(shè)備，能夠快速推出滿(mǎn)足鈣鈦礦生產(chǎn)高精度要求的激光設(shè)備提供商將占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)。
A股公司中，帝爾激光（300776.SZ）主營(yíng)應(yīng)用于光伏產(chǎn)業(yè)的精密激光加工設(shè)備。公司多項(xiàng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，電池片方面，在IBC、TOPCon、HJT、鈣鈦礦等激光技術(shù)上，均有全新激光技術(shù)覆蓋；組件方面，公司在薄膜打孔、切割、激光無(wú)損劃片擁有相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備，其中激光無(wú)損劃片、疊瓦已有量產(chǎn)設(shè)備交付。據(jù)公司董秘劉志波介紹，鈣鈦礦的膜層往上依次為T(mén)CO層、鈣鈦礦層、電極層，公司激光產(chǎn)品在每一層都有相應(yīng)的應(yīng)用，同時(shí)，還可以考慮在邊絕緣上的應(yīng)用。
德龍激光（688170.SH）聚焦于半導(dǎo)體、光學(xué)、顯示及消費(fèi)電子等領(lǐng)域的激光精細(xì)微加工設(shè)備業(yè)務(wù)，激光設(shè)備營(yíng)收占比長(zhǎng)期超過(guò) 70%。公司目前已經(jīng)突破了鈣鈦礦P0（激光打標(biāo)）、P1-P3及P4全套激光加工設(shè)備生產(chǎn)工藝，Micro-LED激光巨量轉(zhuǎn)移設(shè)備已經(jīng)通過(guò)客戶(hù)測(cè)試，同時(shí)公司的在研項(xiàng)目鋰電池電芯激光除膜工藝進(jìn)展順利，以上新項(xiàng)目有望在2023年開(kāi)始放量。
杰普特（688025.SH）是全球市占率最高的MOPA脈沖激光器生產(chǎn)商，2021年MOPA脈沖激光器出貨量約為2.5萬(wàn)臺(tái)，市占率接近70%。相比于其他類(lèi)型的激光器，使用MOPA激光器進(jìn)行極片切割性?xún)r(jià)比更高、技術(shù)更成熟。
公司利用在MOPA激光器領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)順利切入鋰電池激光加工設(shè)備和鈣鈦礦設(shè)備業(yè)務(wù)領(lǐng)域。據(jù)杰普特內(nèi)部人士透露，公司鈣鈦礦激光設(shè)備已推出二代產(chǎn)品方案，涵蓋P1-P3薄膜劃切工藝段及P4清邊工藝四臺(tái)設(shè)備及前后小型自動(dòng)化設(shè)備。分析人士認(rèn)為，隨著鈣鈦礦技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，杰普特相關(guān)設(shè)備配套需求靜待放量。
3.鈣鈦礦電池之材料
鈣鈦礦電池所需的材料包括封裝材料和電極材料，其中TCO玻璃是最核心的封裝材料。從成本構(gòu)成來(lái)看，玻璃及其他封裝材料占比最高，占比34%，其次是電極材料（靶材），占比約30.9%。
3.1材料體系尚未定型，不同膜層均有多種選擇
目前，鈣鈦礦材料體系尚未定型，不同膜層均有多種選擇。
封裝材料中，產(chǎn)業(yè)上常用的TCO導(dǎo)電玻璃分為ITO、FTO和AZO玻璃三類(lèi)，F(xiàn)TO的導(dǎo)電性能與ITO相比稍顯遜色，但具有成本低、膜層硬、光學(xué)性能適宜等優(yōu)點(diǎn)，目前是應(yīng)用于光伏玻璃領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。AZO的光電性能與ITO相近，且AZO原材料簡(jiǎn)單易得，生產(chǎn)成本低，在未來(lái)產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程中具備重大潛力。
在電子傳輸層，二氧化鈦(TiO2)是最早且應(yīng)用最為廣泛的電子傳輸層材料，主要得益于二氧化鈦與鈣鈦礦的能級(jí)較為匹配，能夠有效實(shí)現(xiàn)電子傳輸并阻擋空穴，而且價(jià)格較為便宜，但 TiO2 制備過(guò)程中往往需要進(jìn)行 500℃以上的高溫?zé)Y(jié)以提升傳輸性能，這一過(guò)程制約了 TiO2在柔性襯底上的應(yīng)用和其產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。SnO2電導(dǎo)率和載流子遷移率較高，且制備溫度較低，是較為理想的電子傳輸層材料。因此目前SnO2被產(chǎn)業(yè)界廣泛研究，以期在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)TiO2的替代。
鈣鈦礦吸光層采用的材料一般為有機(jī)-無(wú)機(jī)混合鈣鈦礦化合物前驅(qū)液，目前主流工藝多采用MAPbI3等。鈣鈦礦電池的原材料儲(chǔ)備極為豐富，且配制前驅(qū)體溶液不含復(fù)雜工藝，對(duì)試劑純度要求不高。
空穴傳輸層（HTL）材料可分為有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料兩大類(lèi)。產(chǎn)業(yè)端多采用無(wú)機(jī)材料來(lái)代替有機(jī)材料，以提升電池壽命、降低生產(chǎn)成本。常用的無(wú)機(jī)空穴材料包括Cu2O、CuI、CuSCN、NiOx等。無(wú)機(jī)空穴傳輸層還具有穩(wěn)定性好、空穴遷移率高、光學(xué)帶隙寬等優(yōu)勢(shì)，但目前HTL采用無(wú)機(jī)材料時(shí)，鈣鈦礦電池的效率表現(xiàn)不及使用有機(jī)空穴傳輸材料。
此外，產(chǎn)業(yè)端多采用銅、銀等金屬電極，或金屬氧化物等作為電極層材料，碳電極也在嘗試中。
據(jù)東吳證券測(cè)算，若2030年鈣鈦礦組件產(chǎn)量為95GW，對(duì)應(yīng)鈣鈦礦材料市場(chǎng)空間28億元，玻璃市場(chǎng)空間259億元（FTO玻璃182億元，背板玻璃77億元），封裝材料市場(chǎng)空間98億元（POE膠膜及丁基膠各49億元），靶材市場(chǎng)空間105億元，玻璃及靶材因單位成本占比較高，價(jià)值量空間較大。
3.2 TCO玻璃是最核心材料
TCO玻璃即透明導(dǎo)電氧化物鍍膜玻璃，通過(guò)在平板玻璃表面鍍上一層透明的導(dǎo)電氧化薄膜，使得玻璃具有透光和導(dǎo)電的作用，從而能夠有效地收集光生載流子，而不能引入不必要的串聯(lián)電阻，其膜材料主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其復(fù)合多元氧化物薄膜材料。
由于薄膜電池組件中間半導(dǎo)體層幾乎沒(méi)有橫向?qū)щ娦阅?，因此無(wú)論是薄膜電池組件還是鈣鈦礦電池組件，TCO導(dǎo)電玻璃都是必不可少的材料。目前國(guó)內(nèi)TCO玻璃售價(jià)（不含稅）約為60元/平米，業(yè)內(nèi)人士指出，隨著規(guī)?；a(chǎn)以及技術(shù)提升，未來(lái)有望下降至40元/平米。以此測(cè)算，TCO玻璃的全球市場(chǎng)空間約為100億元，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)空間約為57億元。
目前全球TCO玻璃的供應(yīng)主要集中在板硝子、旭硝子等國(guó)外企業(yè)。金晶科技已于今年建成國(guó)內(nèi)第一條TCO玻璃產(chǎn)線(xiàn)，另外洛陽(yáng)玻璃、旗濱、南玻等企業(yè)前期均在TCO玻璃工藝、技術(shù)上有布局。
據(jù)悉，TCO玻璃的原片是超白浮法玻璃，目前具備超白浮法玻璃原片產(chǎn)能的企業(yè)僅10家，主要集中在南玻、金晶、旗濱、信義等頭部企業(yè)，總產(chǎn)能約13850 T/D，由于TCO玻璃原片-超白浮法玻璃產(chǎn)能已嚴(yán)禁新增，因此沒(méi)有原片產(chǎn)能儲(chǔ)備的企業(yè)將更難參與TCO玻璃市場(chǎng)。
金晶科技（600586.SH）是目前國(guó)內(nèi)唯一能夠量產(chǎn)TCO玻璃的企業(yè)，公司現(xiàn)有兩條年產(chǎn)1500萬(wàn)平米的TCO玻璃產(chǎn)線(xiàn)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，另有兩條原片產(chǎn)線(xiàn)儲(chǔ)備，同時(shí)公司在馬來(lái)西亞建設(shè)的1條TCO玻璃產(chǎn)線(xiàn)也有望于今年投產(chǎn)，預(yù)計(jì)總產(chǎn)能或超過(guò)6000萬(wàn)平米。
金晶TCO玻璃產(chǎn)品性能得到國(guó)內(nèi)外客戶(hù)的認(rèn)可，已實(shí)現(xiàn)向國(guó)際薄膜電池巨頭First Solar供貨。國(guó)內(nèi)方面，公司于2022年10月與國(guó)內(nèi)鈣鈦礦電池研發(fā)生產(chǎn)領(lǐng)先企業(yè)纖納光電簽訂《戰(zhàn)略合作協(xié)議》，根據(jù)合作協(xié)議，公司需根據(jù)纖納光電未來(lái)的鈣鈦礦擴(kuò)產(chǎn)規(guī)劃，投資建設(shè)相應(yīng)的TCO玻璃產(chǎn)線(xiàn)，以滿(mǎn)足纖納光電的生產(chǎn)需求。纖納光電未來(lái)若每增加1GW 的鈣鈦礦電池產(chǎn)能規(guī)劃，公司需配套不低于500萬(wàn)平米/年TCO玻璃產(chǎn)能。國(guó)海證券預(yù)計(jì)2022-2024年公司TCO玻璃營(yíng)業(yè)收入7.95億、10.60億、27.00億元，毛利率36.72%、39.15%、41.11%。
此外，旗濱集團(tuán)（601636.SH）早期與著名鍍膜技術(shù)供應(yīng)商美國(guó)阿克瑪公司、英國(guó)浮法玻璃咨詢(xún)公司（FGC公司）進(jìn)行了TCO技術(shù)轉(zhuǎn)讓和合作，公司于2010年12月合2012年5月相繼點(diǎn)火了兩條TCO玻璃生產(chǎn)線(xiàn)，產(chǎn)能分別為600T/D和800T/D，后因公司戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變而未實(shí)際生產(chǎn)TCO玻璃。公司目前仍有原片產(chǎn)能儲(chǔ)備，后續(xù)若薄膜組件需求放量，公司有重新進(jìn)入TCO玻璃市場(chǎng)的可能。
4.鈣鈦礦電池之組件
鈣鈦礦電池現(xiàn)階段的研究方向主要為單結(jié)電池和多結(jié)疊層電池，兩種電池形式各有所長(zhǎng)。
單結(jié)鈣鈦礦電池不需要依托PN結(jié)（由一個(gè)N型摻雜區(qū)和一個(gè)P型摻雜區(qū)緊密接觸所構(gòu)成）就能產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；搭配其他半導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)疊層的多結(jié)鈣鈦礦電池則可以覆蓋大部分帶隙，實(shí)現(xiàn)光子全方位吸收，進(jìn)而帶動(dòng)電池效率成倍增長(zhǎng)。
多家機(jī)構(gòu)認(rèn)為擁有高效率的疊層鈣鈦礦電池才是王道，范斌則表示，扎實(shí)做好單結(jié)鈣鈦礦才是行業(yè)發(fā)展的根本。
范斌此前接受媒體采訪(fǎng)時(shí)稱(chēng)，不管用什么樣的疊層，首先都要把鈣鈦礦做好。公司曾投入不少資源進(jìn)行異質(zhì)結(jié)上鈣鈦礦的疊層開(kāi)發(fā)，后來(lái)發(fā)現(xiàn)在玻璃上做鈣鈦礦的量產(chǎn)工藝還沒(méi)有完全開(kāi)發(fā)好的時(shí)候，進(jìn)行鈣鈦礦/晶硅疊層開(kāi)發(fā)是沒(méi)有基礎(chǔ)的。
“這是我們的看法，當(dāng)然也有人不這么看，也有一些企業(yè)選擇在硅片上做鈣鈦礦。最終的結(jié)果還是需要交給市場(chǎng)評(píng)判?！?/p>
4.1單結(jié)電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換效率仍有提升空間
單結(jié)鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)可分為介孔結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)。
相較于鈣鈦礦/晶硅疊層電池多達(dá)十幾層的結(jié)構(gòu)，平面結(jié)構(gòu)的單結(jié)鈣鈦礦電池僅有5層，分別是透明導(dǎo)電電極、電子傳輸層、鈣鈦礦光電吸收層、空穴傳輸層、金屬電極。其中，平面結(jié)構(gòu)中的反式結(jié)構(gòu)由于制備工藝簡(jiǎn)單且成膜溫度較低，是鈣鈦礦電池廠(chǎng)商產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中主要采用的結(jié)構(gòu)。
電池轉(zhuǎn)換效率方面，單結(jié)鈣鈦礦電池理論效率為33%，遠(yuǎn)高于晶硅的29.4%；但現(xiàn)階段鈣鈦礦電池主流廠(chǎng)商單結(jié)中試線(xiàn)效率仍在15%-16%左右，2023年內(nèi)或提升至18%，離鈣鈦礦理論效率仍有較大提升空間。
華泰證券認(rèn)為，短期內(nèi)，鈣鈦礦電池將通過(guò)材料改性、配方優(yōu)化、備制鈍化層等多路徑并行提效；長(zhǎng)期來(lái)看，疊層是提效的終極手段，將打開(kāi)鈣鈦礦效率天花板。
目前，單結(jié)鈣鈦礦組件產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展較為領(lǐng)先，其中協(xié)鑫光電、纖納光電已率先完成100MW單結(jié)鈣鈦礦組件中試線(xiàn)安裝。
據(jù)悉，協(xié)鑫光電生產(chǎn)的全球最大尺寸鈣鈦礦組件（1m×2m）已經(jīng)下線(xiàn)。2022年北京冬奧會(huì)期間運(yùn)行的全球首個(gè)鈣鈦礦光伏建筑項(xiàng)目采用的即是協(xié)鑫光電的鈣鈦礦組件。目前，其投建的全球首條100MW量產(chǎn)線(xiàn)已在昆山完成廠(chǎng)房和主要硬件建設(shè)，預(yù)計(jì)2023年量產(chǎn)組件產(chǎn)品光電轉(zhuǎn)化效率將超過(guò)18%，未來(lái)將進(jìn)一步提升至25%以上。同時(shí)，公司GW級(jí)產(chǎn)線(xiàn)已在規(guī)劃中，目標(biāo)2024年下半年落地。
纖納光電已完成1.245×0.635m尺寸組件發(fā)布，最高功率可達(dá)130W。公司第一條GW級(jí)產(chǎn)線(xiàn)預(yù)計(jì)2023年年底通線(xiàn)，預(yù)計(jì)轉(zhuǎn)換效率可達(dá)20%。
另有極電光能756cm2大尺寸單結(jié)鈣鈦礦光伏組件轉(zhuǎn)換效率目前達(dá)到18.2%。
4.2疊層電池轉(zhuǎn)換效率高，但多處于試驗(yàn)階段
疊層結(jié)構(gòu)是指不同光學(xué)帶隙的電池進(jìn)行堆疊，寬帶隙電池和窄帶隙電池分別吸收較高、較低的能量光子，實(shí)現(xiàn)子電池對(duì)太陽(yáng)光譜分段利用。
疊層電池根據(jù)疊層數(shù)量可分為雙結(jié)、三結(jié)、四結(jié)等，目前結(jié)數(shù)最高的是美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的六結(jié)電池（砷化鎵），效率高達(dá)47.1%。
雖然增加電池結(jié)數(shù)可以提升電池效率，但所帶來(lái)的高成本也不容忽視。因此，目前常規(guī)的結(jié)構(gòu)是兩結(jié)疊層，其中又以效率較高的鈣鈦礦/晶硅疊層、鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層為兩結(jié)疊層的研究焦點(diǎn)。
鈣鈦礦/晶硅疊層是以晶硅作為底電池。
晶硅電池工藝成熟，作為底電池較為穩(wěn)定，研究進(jìn)展相對(duì)更快，目前已取得的最高實(shí)驗(yàn)室效率是2022年12月德國(guó)HZB研究中心認(rèn)證的32.5%。
從晶硅電池的適配程度來(lái)看，HJT相對(duì)更加合適。HJT具備良好的非晶硅鈍化層、對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)以及透明導(dǎo)電氧化物（TCO），再加上鈣鈦礦/HJT疊層電池為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，可輸出超高電壓，實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到31.3%；對(duì)比Topcon疊層，鈣鈦礦與HJT疊層需要做的改造也更少。
目前，已有多家晶硅電池廠(chǎng)商涉足鈣鈦礦/HJT疊層電池。
華晟新能源已完成HJT-鈣鈦礦電池中試線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)M6大面積疊層均勻制備，目標(biāo)效率為30%；寶馨科技（002514.SZ）計(jì)劃2年內(nèi)完成100MW鈣礦或HJT-鈣鈦礦疊層電池產(chǎn)線(xiàn)；中來(lái)股份（300393.SZ）涉足鈣鈦礦材料與HJT-疊層電池技術(shù)開(kāi)發(fā)，目標(biāo)效率26%以上。
鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層是通過(guò)人工分別合成寬帶隙和窄帶隙鈣鈦礦，與鈣鈦礦/晶硅疊層相比，鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層效率逐步跟上、度電成本更低、工藝更簡(jiǎn)單。
2022年12月底，經(jīng)日本JET第三方認(rèn)證，目前唯一一家專(zhuān)注全鈣鈦礦疊層的廠(chǎng)商仁爍光能團(tuán)隊(duì)研發(fā)的全鈣鈦礦疊層電池穩(wěn)態(tài)光電實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率達(dá)到29.0%，再次打破了該團(tuán)隊(duì)在2022年6月創(chuàng)造的28.0%的世界紀(jì)錄。
成本方面，鈣鈦礦/晶硅疊層度電成本為5.22美分/KWh，高于鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層的4.22美分/KWh；工藝方面，鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層是將頂電池涂抹在玻璃上，對(duì)比鈣鈦礦/晶硅疊層在晶硅絨面上涂抹更為簡(jiǎn)單。
5.鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化難題
在現(xiàn)階段技術(shù)路線(xiàn)、制備工藝并不確定的背景下，鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化之路仍面臨著重重阻礙，比如大面積效率低、穩(wěn)定性差、結(jié)晶工藝的不確定性等。
5.1大面積組件光電轉(zhuǎn)換效率低
目前鈣鈦礦電池實(shí)驗(yàn)室效率進(jìn)展迅速，但大多為1cm以下的小面積薄膜，隨著組件面積放大，電池效率不增反降。
為什么鈣鈦礦電池大面積效率損失嚴(yán)重？一是鈣鈦礦薄膜的大面積制備工藝不成熟，不夠均勻?qū)е鲁赡べ|(zhì)量差；二是大面積薄膜組件進(jìn)行激光劃線(xiàn)后易產(chǎn)生電阻損耗、并產(chǎn)生死區(qū)。
針對(duì)這些問(wèn)題，行業(yè)已形成初步解決方案。
工藝方面，大面積制備鈣鈦礦層主要采用狹縫涂布和蒸鍍兩種方式，但涂布法需要保證成膜過(guò)程中的化學(xué)一致性，真空蒸鍍生產(chǎn)成本較高，方法仍不夠完善。
設(shè)備方面，激光劃線(xiàn)產(chǎn)生電阻損耗、熱損傷、死區(qū)的解決思路主要包括添加隔離層、提高設(shè)備精度、優(yōu)化劃線(xiàn)區(qū)域等。
5.2組件穩(wěn)定性差
鈣鈦礦電池吸光層的穩(wěn)定性受環(huán)境因素影響，易水解、高溫易分解、溫度變化下相變、光照和氧氣作用下發(fā)生光致分解等；內(nèi)部因素也在一定程度上造成了鈣鈦礦的不穩(wěn)定性，電極材料常用貴金屬，但金屬原子易擴(kuò)散造成吸光層分解，且鈣鈦礦材料離子特性明顯，易發(fā)生離子遷移，吸光層的碘離子也會(huì)腐蝕金屬電極。
關(guān)于易水解的問(wèn)題，范斌給出了解釋?zhuān)}鈦礦怕水，但是晶硅、碲化鎘也怕水，所以防水是一個(gè)共性問(wèn)題，都是需要封裝，封裝好了就沒(méi)事。
封裝是為器件提供最外層的保護(hù)，目前業(yè)界普遍采用POE+丁基膠的封裝方式，基本解決了外部的水氧因素導(dǎo)致的衰減。
由于晶硅是金剛石結(jié)構(gòu)，溫度達(dá)到1400℃才會(huì)溶解，而鈣鈦礦是離子型的晶體，二三百攝氏度就會(huì)分解，這似乎說(shuō)明了鈣鈦礦高溫易分解的不穩(wěn)定性。
但范斌認(rèn)為，地球表面使用的光伏組件面臨的是85℃以下的溫度，在這種情況下，其實(shí)200多度和1400多度是等效的，所以未必能夠從這一點(diǎn)推出鈣鈦礦穩(wěn)定性不如晶硅。
針對(duì)鈣鈦礦本身內(nèi)部的不穩(wěn)定，可以從材料和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，主要包括各個(gè)膜層的材料改性、界面工程、使用復(fù)合電極等手段。
范斌對(duì)鈣鈦礦的穩(wěn)定性不乏信心，他認(rèn)為充分解決好鈣鈦礦的工程化問(wèn)題之后，鈣鈦礦的穩(wěn)定性至少不會(huì)比晶硅差。
5.3結(jié)晶工藝存不確定性
生產(chǎn)鈣鈦礦所使用的PVD、激光設(shè)備等在面板行業(yè)和傳統(tǒng)薄膜電池行業(yè)都有參照，但鈣鈦礦的結(jié)晶工藝是一個(gè)全新工藝過(guò)程，沒(méi)有類(lèi)似參照物，不確定因素也隨之增加。
據(jù)東吳證券，結(jié)晶環(huán)節(jié)是組件尺寸放大和大規(guī)模連續(xù)制造所面臨的核心挑戰(zhàn)。晶體的尺寸、均一性和貫穿率直接體現(xiàn)了結(jié)晶環(huán)節(jié)的工藝水平，不均勻結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部電阻率升高、轉(zhuǎn)換效率下降。
目前，行業(yè)內(nèi)對(duì)于結(jié)晶的控制并沒(méi)有形成統(tǒng)一意見(jiàn)，范斌表示，這意味著所有從事鈣鈦礦研發(fā)量產(chǎn)的企業(yè)都必須自己開(kāi)發(fā)出相對(duì)應(yīng)的結(jié)晶方案。
目前各廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)出的方式有三種：一是在涂布環(huán)節(jié)進(jìn)行結(jié)晶預(yù)處理、采用在線(xiàn)結(jié)晶方式改善后續(xù)晶體生長(zhǎng)；二是先蒸鍍后涂布，利用有機(jī)組分?jǐn)U散反應(yīng)提高結(jié)晶質(zhì)量；三是利用自身經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備自研及改進(jìn)結(jié)晶所用設(shè)備、退火爐等提高加熱均勻度。
6.結(jié)語(yǔ)
鈣鈦礦具備效率優(yōu)勢(shì)是不爭(zhēng)的事實(shí)，但是大面積轉(zhuǎn)換效率低、穩(wěn)定性差等問(wèn)題仍在尋找最優(yōu)解，成為阻礙鈣鈦礦大規(guī)模量產(chǎn)的主要原因。
范斌表示，鈣鈦礦的效率高于晶硅、成本低于晶硅、穩(wěn)定性也不比晶硅差，只要解決好量產(chǎn)的工程問(wèn)題，鈣鈦礦相對(duì)于晶硅幾乎是沒(méi)有弱點(diǎn)。如果鈣鈦礦成功，就會(huì)成為市場(chǎng)的主流，鈣鈦礦技術(shù)與晶硅技術(shù)不會(huì)長(zhǎng)期共存。
著眼當(dāng)下，作為一個(gè)全新的光伏技術(shù)體系，鈣鈦礦效率仍有巨大提升空間，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈仍待持續(xù)創(chuàng)新升級(jí)，換言之，“最具潛力的下一代光伏發(fā)電技術(shù)”仍需要時(shí)間來(lái)證明自己。
出品丨第一財(cái)經(jīng)新賽道研究中心
策劃丨黃宇
主筆丨李泓霖?王瑩
編輯丨黃宇
特別聲明
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