钙钛矿新型光伏电池产业化
1. 钙钛矿电池前景广阔
1.1 晶硅电池逐步接近效率天花板
常用的光伏材料有 Si、Ge、CIGS、CdTe、GaAs 等，其中硅元素在自然界中资 源丰富，可大量用于光伏行业。同时硅由于其禁带宽度为 1.12eV，能对 300-1200nm 的光子有效吸收。叠加 CZ、DS、FZ 等工艺制备出的单晶硅具备纯度高、晶格完美、 位错缺陷少等优点，是理想的光伏电池材料。但由于吸收光谱限制，在 AM1.5 标准 光谱下，单晶电池极限转换效率为 29.4%。
P 型电池制作工艺相对简单，成本较低，主要是 BSF 电池和 PERC 电池。 AL-BSF：铝背场电池是最早应用的单晶电池，成熟阶段为 2013-2016 年。BSF 电池是在晶硅光伏电池 PN 结制造完成后，通过在硅片的背光面沉积一层铝膜，制备 P+层，从而形成铝背场。铝背场有减小表面复合率和增加长波吸收等优点，但铝背 场能够反射的长波有限，因此其转换效率有局限性。 PERC：通过背面钝化膜取代全铝背场的结构迭代，自 2015 年起逐步取代 BSF 电池，并于 2019 年超越 BSF 成为光伏主流电池。PERC 电池全称为发射极及背面 钝化电池技术，其与 BSF 电池在结构上差异不大，最大的区别在于 PERC 电池用背 面钝化膜（Al203/SiNx）取代了传统的全铝背场，增强了长波的内背反射，降低了背 面的复合速率，从而使电池的效率提升；并且采用激光 SE 对其背面局部开孔进行电 极的制备，可大幅降低电池背面的复合电流密度。同时 PERC 电池具备双面发电结构难度低、成本低等优势，LCOE 指标上优于 BSF 电池。 PERC 电池理论转换效率极限为 24.5%，目前已经接近极限，并且未能彻底解 决以 P 型硅片为基底的电池所产生的光衰现象。N 型电池应运而生。 N 型电池制作工艺相对复杂，成本较高，主要包含 TOPCon 电池和 HJT 电池。 N 型电池具有转换效率高、双面率高、温度系数低、无光衰、弱光效应好、载流子寿 命更长等优点。
TOPCon：理论效率达 28.7%，2022 至 23 年 TOPCon 产能迅速增加，有望成 为继 PERC 电池之后的新主流高效电池。TOPCon 全称隧穿氧化层钝化接触，其核 心是其背面由一层超薄氧化硅与一层磷掺杂的微晶非晶混合 Si 薄膜组成，二者共同 形成钝化接触结构。超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空 穴复合，超薄氧化硅和重掺杂硅薄膜良好的钝化效果使得硅片表面能带产生弯曲，从 而形成场钝化效果，使电池转化效率提升。 HJT：理论效率达 28.5%，目前产能规划较大，有望同 TOPCon 电池一起替代 传统 PERC 电池，占据一席之地。HJT 全称非本征晶硅异质结，其结构对称，制备 流程短，双面率、温度系数、碳足迹等均优于 TOPCon。HJT 电池降本路径清晰， 存在银包铜、电镀铜、薄硅片、网版、低铟靶材、薄硅片、210 尺寸半片、SMBB 等 降本增效技术，单线产能已经升至 600-1000MW，未来同时低温工艺完美适配钙钛 矿叠层工艺，发展天花板有望进一步提升。
1.2 钙钛矿挑起薄膜电池大梁
薄膜电池是晶硅电池之外，光伏电池技术的另一个重要分支，具有很高的转换效 率潜力。薄膜电池是指在玻璃或柔性基底上沉积若干层，构成 PN 结或 PIN 结的半 导体光伏器件。其核心是吸收层材料，目前主要包括硅基薄膜、铜铟镓硒（CIGS）、 碲化镉（CdTe）、砷化镓（GaAs）、钙铁矿电池及有机薄膜电池等，以及各类薄膜-薄 膜、薄膜-晶硅叠层电池。薄膜电池总体上具备材料消耗少、生产时间短、制备能耗 低、制造环节少、适配柔性组件、弱光效应好、重量轻等特点。 CdTe 目前是主流薄膜电池。2021 年全球薄膜太阳电池的产能 10.7GW，产量 约为 8.28GW，同比增长 27.7%，主要是受 First Solar 产量增长的拉动。其中 CdTe 电池产量约为 8.03GW，其中国外 7.9GW，国内 130MW，在薄膜太阳电池中占比为 97%；CIGS 电池的产量约为 245MW，其中国外 210MW，国内 35MW，占比为 3%。 2021 年全球薄膜电池市场占有率仅为 3.8%，同比下降 0.2pct，其增速不及晶硅 组件。薄膜太阳电池虽然受晶硅电池产业快速发展的挤压而被推向边缘化，但在光伏 建筑一体化（BIPV）、可穿戴设备、移动能源领域具备特定优势，同时生产过程低碳 足迹，因此薄膜电池未来仍有较好的发展应用前景。
1）硅基薄膜电池：产品性能和生产成本上相较晶硅电池无明显优势，并且技术 提升空间有限，企业相继停产、减产，逐步退出主流市场。 2）CIGS、CdTe 电池：理论效率均超过 33%，目前实验室最高转换效率分别达 到 23.35%、22.1%，量产组件平均转换效率也均达到或超过 16%、18%。目前铜铟 镓硒（CIGS）电池最高可以达到 23.35％的转换效率，然而其是在超高真空（10-9 Torr）和约 350℃的高温下制造。由于 PET 和 PEN 等成本较低材料在此环境利用受 限，因此 CIGS 制造成本较高且无法大规模量产。不仅如此，In、Ga 和 Se 等原材 料昂贵且地球储量不丰富，这限制了 CIGS 大规模应用的可能性。CdTe 电池则在特 定的 BIPV 场景具备较好的应用，目前美国的 First Solar 相对领先。 3）GaAs 电池：具有高效率、耐高温、抗辐射、弱光性能好、轻质柔性等特点， 但制造成本高，主要应用于空间飞行器等特殊用途，在 MW 级量产化方面还需要时 间发展。 4）有机薄膜电池：制备工艺相对简单，受转换效率较低的影响，近些年发展缓 慢，效率提升有限。 5）钙钛矿电池：具备高转换效率，单结理论效率可达 33%，组件量产效率在 2023 年底有望达 18%。还兼具原材料丰富、低成本、技术工艺相对简单、制造过程 低碳环保、环节少、设备投资额低等优势，可应用于工商业屋顶、BIPV、大型地面 电站、航天、户外应用、智慧交通等领域。
1.3 钙钛矿有望成为晶硅之后的主流电池
钙钛矿电池转换效率提升迅速。2009 年，首个钙钛矿太阳能电池被发明，而转 换效率仅为 3.8%。但经历各国实验室重视研发 14 年后，其效率就被提升至 26%。 而晶硅电池转换效率从 5%左右发展至 26.81%用了 60 余年，理论极限转换效率为 29.4%，目前晶硅电池已逐步接近转换效率的天花板，反观钙钛矿电池仍具备较大的 发展潜力，如单结、双叠层、三叠层、四叠层理论最高转换效率分别达 32.5%、44.3%、 50.1%、54.0%。
协鑫光电新建的 1m×2m 尺寸钙钛矿组件作为全球首条 100MW 量产线已进入 中试，目前组件转化效率近 16%，预计 2023 年底组件转换效率可达 18%。
1.4 大型化和叠层是主流趋势
目前行业内钙钛矿电池生产大多处于小规模试验阶段，三条 100MW 及以上中 试线已经建成，并先后投入运营，首批量产组件已经开始分布式应用实践。2022 年 小电池片实验室最高转换效率为 25.6%，玻璃基小组件最高转换效率为 22.4% （26.02cm2）。处于小规模试验线量产阶段的玻璃基组件中试最高转换效率达到 18.2%。
钙钛矿电池组件降本增效持续进行。根据 CPIA 预测，2023 年平米级钙钛矿光 伏产品有望实现 17-19%的转换效率，预期 2030 年可能提升至 25%。当前百兆瓦级 产线阶段成本可以控制在 1.0-1.5 元/W，2025 年后 GW 级产线有望将成本降至 0.8 元/W；2028-2030 年 10GW 级产线有望将成本降至 0.6 元/W。
钙钛矿大型化是降本的必经之路。由于钙钛矿中的涂布和真空溅镀的环节，使其 与现有的 OLED 产业有较大的相似之处。以 OLED 不同代的生产线为例，6 代线相 比于 2.5 代线，不经单屏面积有一定提升，年产能也从原有的 3 万 m2 提升至 100 万 m2，同时大面积制备能够摊薄设备折旧、人工、材料等成本，使其成本达到 90 美元 /m2，仅为 2.5 代线的十分之一。
两端叠层有望成为未来的主流趋势。叠层电池技术路线丰富多样，主要结构有四 种。1）集成一体的两端器件：两个子电池通过复合层连接，容易集成到光伏系统中。 2）机械堆叠的四端器件：顶底电池独立制造，不必考虑工艺兼容问题，但需要三个 透明导电电极，寄生吸收大且制造成本高，同时需考虑外接两种不同型号的逆变器。 3）光学耦合的四端器件：通过二向色镜将穿过顶电池的光反射到底电池，但二向色 镜成本极高。（4）串联-并联（S-P）叠层器件：存在电流匹配问题。
叠层电池是突破单结电池效率极限的重要方法。叠层电池通过将宽带隙电池与 窄带隙电池串联，能更加合理地利用全光谱范围内的光子，宽带隙+窄带隙叠加可减 少带外吸收和热弛豫损失。一般来说，硅电池带隙为 1.1eV，非常适合作叠层电池底电池，通过理论计算，再与一种带隙 1.7eV 的顶电池相结合，可以实现效率超过 30% 的叠层电池。钙钛矿具有诸多优点，是制造顶电池的优异材料。
叠层电池结数越多理论转换效率越高，但制造难度越大。从理论上来说，当一个 电池的结数越多，其转换效率越高，这是因为可以在更窄的波长段去选取具备更加适 合带隙的材料。例如单结、双叠层、三叠层、四叠层理论最高转换效率分别达 32.5%、 44.3%、50.1%、54.0%。
钙钛矿电池的 ITO 层需匹配合适的缓冲层。ITO 层的存在会使制备两端结时相 对方便，但隧穿连接层不可省略。因为钙钛矿材料直接与 ITO 接触会产生稳定性的 问题，因此钙钛矿异质结叠层仍然需要额外的隧穿连接层，其对提升叠层电池的效率 方面也存在较大影响。
晶硅/钙钛矿叠层电池转换效率不断提升。2022 年 12 月德国柏林亥姆霍兹中心 （HZB）制备的硅钙钛矿串联电池效率高达 32.5%，经意大利认证机构欧洲太阳能 测试装置（ESTI）测试创下新的世界纪录。此项记录在两年内三次刷新，2021 下半 年，HZB 团队通过周期性纳米织物实现了 29.8%的光电转化效率；2022 年夏天，瑞 士洛桑高等理工学院研制出转换效率 31.25%的串联电池。叠层电池未来有望替代昂 贵的Ⅲ/Ⅴ族化合物半导体电池—如砷化镓、铟镓磷和氮化镓等。
异质结电池与钙钛矿叠层最为适配：1）目前主流晶硅电池中，仅异质结电池具 备透明导电层 TCO，可与钙钛矿叠层完美适配，后续改造难度小，工艺流程简单， 升级优化成本低；2）异质结电池的对称性结构，可兼容正反型钙钛矿电池技术；3） 异质结电池开路电压高，因此与钙钛矿叠层串联输出电压高，从而保障钙钛矿/异质 结叠层电池效率较高；4）异质结电池和钙钛矿电池制备均属于低温工艺，工艺温度 上较为适配。
截至 2023 年 2 月底，国内已有协鑫光电、纤纳光电和极电光能等 3 条百兆瓦以 上产能钙钛矿产线投产。其中，协鑫光电和纤钠光电的产线产能分别为 100MW，极 电光能的为 150MW，此外，许多实验室小线已经建成或正在建设。
2. 多项优势助钙钛矿产业化加速
2.1 材料结构原理简单
虽然无机卤化铅自 19 世纪以来就被研究，有机-无机卤化物自 20 世纪初就被关 注，但混合卤化物钙钛矿首次报告直到 1978 年才由 Weber 提出，他同时报告了 CH3NH3PbX3（X = Cl, Br, I）和 CH3NH3SnBr1-xIx合金。在随后的几十年里，这些材 料不断被研究，直到 2009 年首个钙钛矿太阳能电池出现。钙铁矿材料具备理想的禁 带宽度，极高的吸光系数，很低的电子空穴对结合能、均衡的载流子迁移率和较长的 载流子寿命等多个优点。 钙钛矿最早是指 CaTiO3，由 Gustav Rose 在俄罗斯乌拉尔山发现，它的晶体结 构由共享角的 TiO6 八面体组成，其中 Ca 占据每个单元格中的立方八面体空腔。随 后类似的晶体结构也逐渐被发现，因此用 ABX3 来代表此类物质（如 SrTiO3 和 BaTiO3）。通过改变温度、压力和电磁场，可以使 BX3多面体在网格中发生可逆相变， 从而改变其倾斜和旋转角度，最终可以获得立方体、四方体、正方体、三角体和单斜 多晶体。
在光照条件下，电池通过吸收光产生一个从 ETL（电子传递层）指向 HTL（空 穴传输层）的电场。这个场将诱导碘化物（MA）空穴向 HTL（ETL）运动。因此， 这些迁移的缺陷不断积累将使 MAPbX3 薄膜上产生静电势，其方向与光子吸收产生 的静电势相反。正极化使电池像一个 n-i-p 结，因此电流将与钙钛矿掺杂产生的梯度 方向一致，而负极化使电池表现为 p-i-n 结。
介孔型 PSCs 结构为透明导电电极（Transparent conductive electrode，TCE） /电子传输层（Electron transport layer，ETL）/钙钛矿吸收层/HTL/金属电极。其中， ETL 一般为 TiO2，且包括两部分，即致密 TiO2（Compact TiO2，c-TiO2）和介孔 TiO2 （Mesoporous TiO2，m-TiO2），其共同作用是选择性接触，即提取电子阻挡空穴。 m-TiO2还能作为支架容纳钙钛矿并扩大接触面积。 目前国内钙钛矿行业采用反式（n-i-p）结构为主。即在 FTO 玻璃上覆盖一层 P 型的空穴传输层，再往上覆盖钙钛矿层，钙钛矿上面是 N 型的电子传输层。再往上 是背电极。这是由于相比于正式结构，采用反式结构材料选择会更多，更好地完善制 备工艺，但本质上两者工作原理没有太大差别。
2.2 天然具备多重优势
相比于传统晶硅电池，钙钛矿电池在材料用量、工艺温度、制备难易程度、环保、 初始投资额、生产成本等多方面具备优势。
1）温度系数低：晶硅组件的温度系数是-0.3%/℃左右，即每上升 1℃，组件功 率会下降 0.3%。而钙钛矿组件的温度系数为-0.001%/℃，十分接近于 0，因此在实 际应用中，尤其是高温的工作环境下，相同标定转换效率的钙钛矿电池会比晶硅电池 具备更高的发电功率。同时钙钛矿电池还具备强弱光表现，应用场景丰富等特点。
2）制备速度快：目前协鑫光电已能把从玻璃、胶膜、靶材、化工原料进入到组 件成型的全过程控制在 45 分钟之内。
3）钙钛矿组件制造环节少、投资额少：传统晶硅电池需要经历硅料、硅片、电 池和组件四大流程，其中硅料纯度要求极高（99.9999 ~ 99.99999%），同时需要在 1000℃高温下烧制而成；随后拉棒环节，硅料在 1400℃左右的高温下熔化成液体， 并通过籽晶长时间生长后，拉成单晶圆棒进行切片。之后在电池片环节，需要经过制 造 PN 结、印刷电极等，再通过焊接、胶膜、玻璃封装等工艺形成最后的组件。而目 前协鑫光电已能将整个 100MW 钙钛矿组件产线高度浓缩在单个工厂内。
4）材料、能量消耗少：钙钛矿电池吸收层均可用基础化工材料制备，且不含稀 有元素，材料易得且纯度要求比硅料低。此外钙钛矿材料使用量少，总厚度大概 1um 左右，而晶硅电池目前主流硅片厚度在 120-150μm。晶硅组件由于使用含铅焊带， 因此每块组件含铅 16-18g，而钙钛矿每块组件含铅量小于 2g。
5）钙钛矿电池排放少，能量回收期短：全钙钛矿串联结构的能量回收时间和温 室气体排放因子（GHG emission factor，生命周期度电温室气体排放量）分别为 0.35 年和 10.7g CO2-eq/kWh，而硅基电池的能量回收时间和温室气体排放因子分别为 1.52 年和 24.6g CO2-eq/kWh。钙钛矿单结电池能量回收时间仅为硅基电池的 23%， 温室气体排放因子仅为硅基电池的 43%。
6）钙钛矿电池转换效率高，仍有较大的提升空间： 太阳能电池的转换效率由三个参数决定：开路电压（VOC）、短路电流（JSC） 和填充因子（FF）。其中，VOC 是多晶体薄膜太阳能电池中最难改善的参数。这是因 为多晶体薄膜电池相比单晶电池通常含有更多的缺陷，如点缺陷和晶界（GBs）。 钙钛矿转换效率已考虑到钙钛矿电池是在低温下通过溶液工艺制造的，目前其 能达到 1.213V 的 VOC，已经超过绝大部分电池。为了达到如此高的 VOC 性能， CH3NH3PbI3 中的缺陷包括点缺陷、表面和晶界必须具备较好的导电性，这在传统的 无机光伏电池中还没做到，如 Si、GaAs、CuInSe2、CdTe 等。
单结钙钛矿电池理论极限效率可达 33%，且其对杂质缺陷容忍度高，效率进一 步提升的潜力大，若再进一步与钙钛矿或晶硅电池进行叠层，转换效率有望突破 50%。 硅片制作工艺导致它在210尺寸后续向上发展空间有限，而钙钛矿晶体依附于玻璃， 因而在组件尺寸上仍有较大的进步空间。
7）成本低：在材料使用方面，由于晶硅电池生产中的硅料和硅片环节需要消耗 大量的能量，因此硅材料的成本相对于钙钛矿材料要高。同时由于钙钛矿电池组件主 要采用涂布工艺和 PVD 工艺，流程简易且适合规模化生产，设备投资额小，因此设 备、土地折旧也低于晶硅组件全产业链的折旧。不仅如此，由于钙钛矿组件重量轻， 因此也可以节约物流成本和人力成本。
8）应用场景丰富：柔性钙钛矿可直接贴附在原有建筑结构表面，安装成本低， 同时其外观优势使其在 BIPV 领域极具竞争优势。在移动能源端，钙钛矿电池有望应 用于可穿戴设备、露天作业设备、新能源车顶棚等场景。
2.3 稳定性稳步验证
由于钙钛矿是离子晶体，因此对湿气很敏感，同时 MAPbI3 在光线和湿度下会发 生严重的降解，被分解为 CH3NH2、HI 和 PbI2 这与 MA+通过氢键与 PbI6 八面体的相 对弱的相互作用有关。在室温下，MA+阳离子在周围的 PbI6 八面体中显示出动态无 序，这表明 MA+和 PbI6 八面体之间的互动很弱。由于 MAPbI3 带隙的电荷转移性质， 这种相互作用在光激发时变得更弱，这可能是 MAPbI3 在光下加速降解的原因。H2O 对 MAPbI3 的降解可能是由于 H2O 和 PbI6 八面体之间的氢键比 MA+强。
钙钛矿电池对于光吸收体晶体结构的依赖导致其热稳定性较差，同时钙钛矿在 光照和湿度环境下，有机阳离子会从 Pb-I 结构中逃逸，或与外部的氧气或水汽反应 从而产生相应的降解, 很容易分解为 PbI2 和 CH3NH3I，继而分解为 CH3NH2 和 HI。 为解决钙钛矿电池稳定性的问题，甲酰胺阳离子组成的钙钛矿 HC(NH2)2PbI（3 FAPbI3） 被认为可以取代 MAPbI3，FA 阳离子因 C-N 键的共振特性而光照、温度稳定性更好， 而通过加入 Cs 离子可以进一步改善 FAPbI3 的光稳定性。 对钙钛矿层吸光组分体系的优化、组件结构中功能层新型材料的使用、以及应用 钝化、修饰等策略可以提高钙钛矿电池的稳定性。2022 年普林斯顿大学报道迄今在 稳定性上表现较好的钙钛矿电池，其在 110℃的 T80 寿命达到 2100 小时以上，据普 林斯顿测算，电池在 35℃/Sun 条件下连续运行，其 T80 寿命长达 5.1 万小时（野外 约 30 年工作寿命）。根据协鑫光电测试，钙钛矿电池在现有晶硅 IEC61215 测试标 准下（如曝晒、热斑耐久、紫外预处理、热循环、湿热、湿冻），其稳定性测试的结 果可以达到晶硅电池水平。
2.4 量产制备工艺简易
钙钛矿主要制备流程：1）带有正电极的玻璃经过自动化清洗后，进行第一道真 空镀膜、激光划线出第一道槽；2）涂布（Coating）钙钛矿材料，结晶，再以激光刻 出第二道槽，实现串联；3）真空镀上背电极后，第三道激光划线，第四道激光清边； 前道工序就此完成。前道涂布核心设备有激光设备、真空磁控溅射镀膜（PVD）设备、 涂布设备。
结晶是钙钛矿制备的最核心步骤。结晶的效果直接影响光吸收范围，最终影响太 阳能电池的效率，也会影响组件的寿命。钙钛矿层的配方不断迭代的目的是为了用于 扩大晶体，因此钙钛矿的配方是结构中最复杂的。而和钙钛矿直接接触的 p 型材料 和 n 型材料也会随着钙钛矿配方的改变而相应调整，去形成良好接触。底电极一般 采用 FTO，背电极可以是金属电极，也可以是透明氧化物（TCO）电极。 狭缝涂布(Slot Die)有望成为钙钛矿层制备解决方案。涂布胶液由存储器通过 供给管路压送到喷嘴处，并使胶液由喷嘴处喷出，从而转移到涂布的基材上，制成周 期一般在 60 秒左右，之后通过加热或其他手段使溶液挥发，百纳米级的晶体就会铺 展在玻璃基板上，其结构越均匀，组件的转换效率越高。涂布是整个工艺中含金量最 高也是难度最大的环节，需要在绝对无尘的超净间完成，目前狭缝涂布法已成为行业 量产化和商业化主流方向。
狭缝涂布具备多重优势：1）大面积制备；2）工艺窗口宽、良率高；3）能在绒 面衬底上成膜，可以制备叠层电池；4）结晶从预置的晶核开始，分布均匀；5）形核、 晶粒生长分两步前后完成；6）不受溶剂挥发快慢的影响；7）在预制“晶核”上定向 结晶生长，晶粒大；8）缺陷少，膜层质量高。
一步法：采用旋涂方式，使用含有等量的 FAI 和 PbI2的 N-二甲基甲酰胺（DMF） 溶液。一步旋涂法无法很好对钙钛矿层的形成速率进行控制，从而导致薄膜的覆盖性 较差。实际应用中，可以通过添加氢碘酸以增加前驱体在溶液中的溶解度来增强 FAPbI3 层的覆盖率。同时改变前驱体也会使薄膜结晶覆盖率提升，如用 HPbI3 作为形成 FAPbI3 的前驱体，将使 FAPbI3 的结晶过程减慢，从而行成高度结晶且覆盖均 匀的 FAPbI3 层。 两步法：先沉积 PbI2，再将 PbI2 层浸入含 FAI 的 2-丙醇溶液，在室温下形成黄 色相非钙钛矿结构，再通过 150℃加热后变成黑色相钙钛矿结构。与一步法相比，两 步法生成的 FAPbI3 的覆盖率相对较高。两步法允许钙钛矿被成功地完全渗透到介孔 TiO2 中，并在 TiO2 顶部留下 FAPbI3 的立方体。FAPbI3 晶体的生长在很大程度上取 决于 FAI 溶液的浓度。低浓度会导致在成核初期出现稀疏分布的籽晶，而相对高浓 度会导致生成高密度的籽晶，从而抑制了晶核的进一步生长。 加合法：加合法则是将 DMSO、FAI、PbI2 一同加入，DMSO 溶液与 PbI2 相互 作用形成透明加合膜，通过去除 DMSO 转化为 FAPbI3 层。
激光工艺在钙钛矿制造工艺中主要起标记、划线、清边的作用。并且对于不同的 膜层，激光波长也会有相应的调整。除了涂布结晶外，钙钛矿的激光划线对精度提出 了更高的要求。相比于 PERC 开槽 10μm 左右的精度需求和铜铟镓硒和碲化铬电池 μm 级的精度需求，钙钛矿则拥有百纳米级的厚度，因此对于激光设备的光源的稳定性， 装配的精度，机台的稳定性都提出了新的要求。
磁控溅射有望成为钙钛矿镀膜主流方式。相比于蒸镀、电子枪，磁控溅射（PVD） 具备成膜面积大、膜质均匀、成膜效率高等优势，并且可以通过调整靶材与电池的距 离以及磁场分布，尽量降低离子轰击对钙钛矿材料的伤害。同时优化腔体冷却、散热 设计可将腔体温度维持在低温，防止钙钛矿材料高温分解。但钙钛矿生产对于 PVD 设 备也提出了部分新的需求，如保证连续镀膜、防止有机物污染、防止靶面污染、提升 设备产能。
后道工序主要包括裁切、丁基胶封边、层压、清边、紫外固化等工序，后道核心 设备有丁基胶涂敷机，POE 胶膜裁切覆膜机、缓存固化机等。
钙钛矿工艺整体流程相对较短，意味着后续工艺进步、良率提升潜力较大。其中 电池环节中的涂布结晶、激光划线、镀膜是三大核心环节。结晶环节若采取不同路线， 需要保证热场均匀稳定或风场流速稳定，难点在于大面积均匀结晶；划线环节则对精 度有更高的要求，未来有望通过新图形化版型降低电阻从而提升转换效率；镀膜的难 点在于钙钛矿层上层镀膜环节要减少高温、高能粒子对于钙钛矿层的损伤；组件环节 工艺相对成熟，部分技术可沿用晶硅电池。
3. TCO 玻璃有望迎来钙钛矿领域新应用
3.1 FTO 玻璃有望成为主流钙钛矿电极玻璃
TCO 玻璃需要具备高电导率、高透明度、低电阻、膜层均匀、热稳定性强、化学 稳定性强、低成本，TCO 玻璃所用的典型材料有 ITO（氧化铟锡）、AZO（氧化铝锌）、 FTO（氟掺氧化锡）等。
TCO 玻璃就是镀有透明导电氧化物薄膜的玻璃材料，在平板显示器件电极、薄膜 太阳能电池电极、智能变色玻璃电极、隔热节能视窗、加热防雾玻璃、电磁屏蔽视窗、 气敏元件等领域具有广泛应用。
TCO 玻璃材料需要经过透过率、电导率、雾度、激光刻蚀性能、物化稳定性、大 面积镀膜难易程度、成本等多方面性能的考量。
ITO 玻璃：产品相对成熟，具有高透射率、膜层牢固、导电性好等特点。其缺点 在于散射能力较弱、激光刻蚀性差、材料和制程成本高、在等离子体中不够稳定。 FTO 玻璃：导电性比 ITO 玻璃略差，但成本较低、容易激光刻蚀，目前主要用于 Low-E 玻璃，改变雾度和导电性后可做 TCO 玻璃。 ZnO 玻璃：氧化锌基薄膜结构为六方纤锌矿型，材料易得、制造成本低、无毒且 易于掺杂、在等离子体中稳定性好，但大面积镀膜存在难度。
TCO 制备的方法包括化学气相沉积（CVD）、溅射法（PVD）、溶胶凝胶法（Sol-Gel）、 喷雾热喷法（spray pyrolysis）等四种，其中在线 CVD 和离线 PVD 是制备 TCO 玻璃 的两种主流方法。
FTO 玻璃膜层与玻璃的结合非常牢固，化学稳定性、热稳定性、耐酸性、耐碱性、 耐磨性较好。 在线浮法 FTO 玻璃一般采用 APCVD，即常压化学气相沉积生产，在锡槽窄段利用 玻璃板自身热能（660-700℃）进行镀膜。CVD 反应过程主要分为 5 步，1）扩散：镀 膜原料以气态形式或气体载体携带输送到镀膜机并通过边界层扩散到玻璃板表面；2） 吸附：原料分子被吸附在特定温度的玻璃表面；3）反应：原料分在玻璃表面进行反 应，包括化学分解和化学反应，表面迁移到附着点（扭结和楔入），烧结和其他表面 反应（如散发和再沉积），同时反应副产品解吸附；4）成膜：持续的表面反应并达到 设计的膜层厚度；5）副产品：反应副产品通过边界输送出去离开镀膜机。
FTO 玻璃顶膜是具有低辐射性能的掺氟氧化锡，这一膜层能够反射红外线，起到 保温隔热及导电的作用；底膜有两个主要作用：1）隔离阻止玻璃中碱金属离子（Na+）， 防止其向功能膜层渗透并破坏膜层结构；2）消色作用，利用光学性质来消除膜层内 部光线反射，使膜层整体看起来呈无色或淡淡的中性灰色。TCO 玻璃镀顶膜的工艺技 术几乎一致，主要区别集中在底膜上。在线 TCO 顶膜层根据雾度等要求不同，厚度为 470-750nm，通过调整膜层晶型状态，增加光的散射，由于雾度在沉积 FTO 膜层时自 然产生，因此无需再次制绒 TCO 产品的雾度范围可以做到 0.8-20％。
FTO 玻璃具备很高的化学核热稳定性，表面粗糙程度较高，Rrms大概在 16nm 左右， 而 ITO 玻璃 Rrms大概在 1nm 左右；FTO 等离子体稳定性优于 ITO，并且仅需 1.3 秒的 停留时间即可完成薄膜沉积，沉积速度在 20-100nm/s 左右。 离线 ITO 玻璃生产线主要由玻璃预处理、上片、磨边、清洗、加热、镀膜、再加 热、退火、冷却、在线检测、喷粉、下片等生产工序组成。总体来说离线磁控溅射镀 膜制成的 ITO 玻璃生产已经较为成熟。
3.2 TCO 玻璃占据钙钛矿组件主要成本
单结钙钛矿组件成本约在 19.8-24.7 美元/平，其中 TCO 玻璃、栅线、层压占据 其制造的主要成本。
TCO 玻璃占据钙钛矿电池主要成本。若以采用 ITO 玻璃为前板玻璃的钙钛矿电 池为例，其结构为 Al/SnO/钙钛矿层/NiO/TCO 玻璃，其中 TCO 玻璃成本约为 6.17 美元/平，占钙钛矿电池总成本的 33.7%。
3.3 国内 TCO 玻璃企业有望后来居上
TCO 镀膜玻璃对透射率及雾度要求较高，因此超白压延玻璃原片是生产光伏玻璃 的基础。光伏玻璃对光的吸收以及反射会影响光伏电池的转换效率，这要求光伏玻璃 不断提高其透明度。按照国家标准，光伏玻璃铁含量要低于 0.015%，因此，我们认 为现有生产超白浮法玻璃的企业，且具备长期在线镀膜深加工的玻璃企业有望在钙 钛矿 TCO 玻璃行业拔得头筹。 国内 TCO 玻璃产能受限于需求而非技术。从 TCO 玻璃的技术层次和市场规模上 看，NSG 在世界范围内仍具有一定垄断地位，不过国内的中国玻璃控股有限公司、艾 杰旭特种玻璃（大连）有限公司、金晶科技等企业也都具备生产 TCO 玻璃的能力，市 场规模主要是受下游薄膜电池产业的影响未能扩大，但在技术水平上跟 NSG 并没有 明显差距。
浮法玻璃产能仍受限于产能置换政策。《水泥玻璃行业产能置换实施办法》于 2017 年 12 月 31 日提出，自 2018 年 1 月 1 日起实施，意在推动水泥玻璃行业供给侧 结构性改革、化解过剩产能，通过产能置换严禁新上扩大产能项目，严禁备案和新建扩大产能的平板玻璃项目。虽然 2021 年 7 月 21 日，工信部发布印发了修订后的《水 泥玻璃行业产能置换实施办法》，明确提出新上光伏压延玻璃项目不再要求产能置换， 但要建立产能风险预警机制并召开专业听证会，但新建浮法玻璃仍然需要产能置换， 因此国内浮法玻璃产能从 2018 年的 5855.0 万吨上升至 2022 年的 6173.7 万吨，4 年 仅增长 5.44%。
浮法玻璃主要应用于房地产、汽车、电子电器等三大领域。其中房地产、汽车、 电子电器等三大行业消费的浮法玻璃占比分别为 71%、21%、8%。随着钙钛矿电池技 术逐渐发展成熟，未来浮法玻璃应用结构有望发生改变。
当前浮法玻璃价格处于历史低位，库存处于历史高位。浮法玻璃价格和库存量 呈现明显负相关。根据卓创资讯统计，2023 年 2 月的浮法玻璃价格为 1742.8 元/吨， 对应行业库存为 548.3 万吨。当前浮法玻璃库存仍处于历史高位，我们认为随着房地 产产业链修复以及未来在钙钛矿领域的应用前景，我国浮法玻璃需求有望增加，且由 于新增产能的限制，库存有望进入下行周期，进而带动浮法玻璃的价格提升。
当前我国拥有超薄超白浮法玻璃供应的企业仍在少数。目前国内浮法玻璃企业 超过 145 家，且产能较为分散。由于浮法玻璃大量应用于建材行业，因此对于隔音、 隔热、坚固有较高的要求，故而 3.2mm 及以下的浮法玻璃应用场景相对有限，目前主 要应用于电子电器行业。且由于薄玻璃的生产良率相对较低，因此我国 3.2mm 及以下 的浮法玻璃供应主要集中在信义、福莱特、金晶、台玻、南玻、艾杰旭等几家头部玻 璃企业。我们认为上述企业在未来钙钛矿领域的 TCO 玻璃应用上具备一定的成本和 技术优势。
我们认为钙钛矿产业链投资机会主要在设备（涂布、激光、镀膜）、电池组件制 造、材料三大领域，景气度有望按照设备->制造->材料路径传导。
4.重点公司分析
4.1 金晶科技：TCO 玻璃先驱者
金晶科技成立于 1999 年，2002 年于上海证券交易所上市。公司目前已经形成矿 山/纯碱-玻璃-玻璃深加工产业链上下游一体化生产，是玻璃、纯碱行业龙头企业， 具备较好的规模化经营优势。
1）纯碱：公司纯碱业务运营主体为全资子公司海天公司，截至 2021 年公司年产 能 150 万吨，除满足公司玻璃板块所需外，剩余产能则全部外销。
2）浮法玻璃：金晶超白玻璃广泛用于高端建筑幕墙，金晶优质浮法玻璃广泛用 于汽车行业和工业品行业。深加工板块重点定位节能建筑、工业冷链、出口市场，同 时积极拓展建筑光伏一体化（BIPV）、工业品领域等新兴市场。
3）玻璃深加工：金晶科技产品凭借优良的性能而广泛应用于中国尊、北京银泰 中心、鸟巢、水立方、冬奥会速滑馆、北京大兴国际机场、国际会议中心、上海世博 阳光谷、上海中心大厦、环球金融大厦、深圳平安大厦、阿联酋迪拜塔（哈利法塔） 等地标性建筑。
4）光伏玻璃：宁夏金晶目前具备 600t/d（一窑三线）光伏压延玻璃产能，为国 内光伏组件龙头企业提供支持，该线产品已进入稳定供货阶段，后续 2 条 1200t/d 产 线已通过宁夏听证会。
5）TCO 玻璃：2021 年，金晶科技完成了超白 TCO 镀膜玻璃基片的研发，在高透 过率基片基础上相继开发成功 3.2mm 和 2.65mm 超白 TCO 导电玻璃。马来西亚金晶 500t/d 薄膜光伏组件背板和 600t/d 面板玻璃生产线各一条，采用浮法工艺技术，为 国际知名碲化镉薄膜光伏组件生产商 First Solar 的上游供应商，其中一期联线钢化深加工产线于 2021 年 7 月投产、一期背板生产线于 2022 年第一季度点火试生产， 主要产品为 2.2mm 背板钢化玻璃，2022 年二季度开始向 First Solar 供货，二期 600t/d 产线已于 2023 年 5 月点火。 营收有望维持增长，净利润长期有望修复。2022 年公司实现营收 74.59 亿元， 同比增长 7.8%，实现归母净利润 3.56 亿元，同比下降 72.8%。2022 年国内建筑玻璃 度需求低迷，浮法玻璃行业库存处于高位，因此其销售价格呈现下降走势。同时主要 原、燃料价格大幅上涨，纯碱和浮法玻璃成本均有上升，产品毛利率同比大幅下降。 我们认为随着冷修产线增加叠加需求修复，2023 年浮法玻璃价格有望稳步上行，同 时主要原材料、燃料价格有望下行。
费用率控制优秀，盈利能力有望回升。2022 年国内建筑玻璃度需求低迷，浮法 玻璃行业库存处于高位，因此其销售价格呈现下降走势。且受到疫情、地缘冲突及全 球通胀加剧等影响，主要原、燃料价格大幅上涨，纯碱和浮法玻璃成本均有上升，毛 利率同比大幅下降。2022 年公司毛利率下降至 16.7%，同比下降 17.6pct。毛利率、 净利率后续有望在 TCO 玻璃产能释放推动下回升。公司整体费用率控制良好，2022 年公司销售、管理、研发费用率分别为 0.7%、4.3%、2.8%。
TCO 玻璃供需共振，有望推动盈利增长。公司已与国内部分碲化镉、钙钛矿电池 企业建立 TCO 玻璃供应关系，并得到下游客户认可，钙钛矿头部企业协鑫光电为公 司 TCO 玻璃客户之一。不仅如此 2022 年 10 月，公司与头部钙钛矿电池组件生产企 业纤纳光电签署钙钛矿用 TCO 系列玻璃战略合作协议，未来将根据纤纳光电的钙钛 矿扩产规划，投资建设相应的 TCO 玻璃产线。为满足钙钛矿电池用 TCO 玻璃的需求， 2022 年 9 月，滕州金晶二线 600t/d 玻璃生产线停产冷修，后续公司将其升级改造为 TCO 玻璃产线。
4.2 耀皮玻璃：TCO 玻璃有望开启新成长曲线
耀皮玻璃成立于 1983 年，于 1993 年改制上市，与全球玻璃制造商英国皮尔金 顿公司实现紧密合作。公司是中国玻璃制造行业较早的上市公司，在国内高品质玻璃 领域耕耘三十多年。公司目前拥有浮法玻璃、建筑加工玻璃、汽车加工玻璃、特种玻 璃等四大业务板块。公司产品并被广泛应用于北京中国尊、上海中心大厦、上海浦东 机场三期、香港环球贸易广场、日本新东京电视塔、德国法兰克福航空枢纽、科威特 哈马拉大厦等全球地标性建筑中。 22 年耀皮玻璃浮法玻璃共拥有天津 1150t/d（1 窑 2 线）、常熟 1200t/d（1 窑 2 线）2 个生产基地和 4 条先进浮法玻璃产线，可生产超白浮法玻璃及在线镀膜 Low-E 玻璃；建筑加工玻璃共拥有上海、天津、江门、重庆等四个生产基地，具备中空玻璃 年产能 850 万平，镀膜玻璃产能 1450 万平；汽车加工玻璃共拥有上海、仪征、武汉、 常熟、天津、桂林等六个生产基地，已成为上海通用、上海大众、广汽、比亚迪等知 名车企供应商。特种玻璃方面，公司现在常熟拥有 300t/d（1 窑 2 线）压延玻璃产 线，可用于光伏组件。
2018-2022 年公司整体营收状况相对稳定。2022 年营收为 47.56 亿元，同比增长 2.3%。受 2021 年以来上游燃料、纯碱价格大幅上涨和下游汽车玻璃及建筑行业玻 璃需求大幅减少导致的浮法玻璃价格下行的双向影响，2022 年公司归母净利润为 0.15 亿元，同比减少 85.8%。
受 2021 年以来上游燃料、纯碱价格大幅上涨和下游汽车玻璃及建筑行业玻璃需 求大幅减少导致的浮法玻璃价格下行的双向影响，2022 年公司毛利率下降至 14.0%， 同比下降 5.4pct。公司整体费用率相对稳定。2022 年公司销售、管理、研发费用率 分别为 2.4%、5.5%、4.7%。
2022 年公司完成了小型镀膜实验线的安装和调试，有序推进以镀膜技术为核心 的超低能耗 Low-E 中空玻璃、光伏天窗玻璃、电控调光玻璃、薄膜电致发光显示器、 星空玻璃、化学钢化玻璃等新产品的攻关。黑玻保持较高成品率，成功进入乌兹别克 斯坦、俄罗斯等新市场、2.8mm 在线镀膜产品成功出口日本。新能源汽车方面，浮法 玻璃板块完成了 2mm 镀膜的试生产。 耀皮玻璃引进国际玻璃巨头 Pilkington 的超白浮法玻璃生产技术，玻璃性能在市场上处于领先水平，并且公司具备在线 FTO 玻璃的生产能力，目前主要应用于电 子行业的平板显示器、触摸屏等，后续有望应用于钙钛矿电池。2022 年 12 月，耀皮 玻璃投资 3.05 亿收购 AGC 株式会社的全资子公司艾杰旭特种玻璃（大连）有限公司 100%股权，其拥有一条在线镀膜浮法玻璃生产线，太阳能玻璃、汽车玻璃、家电和电 子玻璃及建筑玻璃，浮法玻璃厚度生产范围在 1.0~25mm。 在汽车超薄在线镀膜 Low-E 玻璃和聚光太阳能热发电玻璃拥有绝对领先的技术 及占据绝对优势的市场份额。艾杰旭最早在 2016 年就成功生产出应用于碲化铬薄膜 发电的 TCO 玻璃。收购艾杰旭生产线可弥补公司浮法玻璃产品短板，同时拓展公司 在 Low-E、TCO 玻璃领域的业务，为将来在钙钛矿领域应用做好铺垫。
4.3 宝馨科技：叠层电池研发支撑长期增长
宝馨科技成立于2001年，2010年在深交所中小板上市。公司历经两次战略转型， 在 2021 年变更实控人和管理团队，并制定了“新能源+智能制造”双轮驱动的发展方 针。公司现有精密数控钣金业务（智能制造）属于传统金属加工行业，该行业已进入 长期稳定发展的成熟时期。 新能源有望构成公司未来主要增长曲线，包含高效异质结和钙钛矿电池、充换 电、火电调峰等三大方向。
1）异质结产能稳步推进：2022 年公司在连云港市投建的 500MW 光伏组件产线已 投产。怀远异质结电池组件一期产能 2GW 目前厂房搭建已基本完成，预计今年投产， 怀远二期产能规划为 6GW，目前 2GW 已在推进中，其余 4GW 处于筹备阶段；鄂托克旗 异质结电池产能2GW，目前已经开始土地清场工作，并将配套2GW薄片化切片生产线。 根据公司规划，到 2023/24 年底，公司异质结产能有望达 4/10GW。公司异质结技术 将采用硅片半片薄片化、去铟化、银包铜、无主栅、双面微晶等技术，预计量产效率 将超 25%，良率超 98%。同时，产线后端将预留铜电镀制程工艺及钙钛矿/异质结叠层 太阳能电池技术升级改造空间。
2）钙钛矿：公司已与张春福、朱卫东、习鹤、周龙、陈大正教授团队签订合作 协议，共同推动钙钛矿/异质结叠层太阳能电池的研发、产业化研究及商业解决方案 落地。公司钙钛矿团队 2014 开始做钙钛矿电池研究，2019 年开始聚焦于钙钛矿叠层 电池，经过近 10 年的研发，目前实验室效率已达 30.26%。公司计划在 2023 年年中 完成实验室建设，2024 年启动 100MW 级的钙钛矿/异质结叠层太阳能电池产线建设， 实现实验室效率大于 32%，加速老化等效外推达到 25 年的目标；计划 2025 年完成 GW 级叠层量产设计并应用于 HJT 产线升级改造，实现量产 210 半片钙钛矿/异质结叠层 电池，电池效率在基底异质结的基础上提升率大于 15%，首年衰减不超过 3%，以后每 年衰减不超过 0.5%，量产寿命大于 25 年的目标。
3）充换电：2022 年，公司充电桩设备、重卡换电设备、车载换电仓总成等产品 产线已全面投产，其中充电桩覆盖 7kW-360kW 功率范围，并已具备年产 2 万台套充 电桩，100 台套重卡换电站设备及 2000 套重卡换电仓总成的生产能力。公司目前已与淮北、池州、重庆有合作，逐步实现公司“光、储、充/换”的战略布局，共同推 动区域内整体充换电补能网络布局，有效保障公司充换电产品的消纳，并提供运营服 务。
4）火电调峰：公司火电灵活性调峰业务主要针对北方热电联产机组在采暖季提 供电网调峰辅助服务，调峰业务一般集中在供暖季期间。公司火电灵活性调峰业务为 客户提供调峰技术服务、云计算控制、自动控制软件，同时提供节能管理、合同能源 管理、电力行业高效节能技术研发，工程和技术研究及实验等服务。 2018-2022 年公司整体营收状况相对稳定。2022 年公司营收为 6.84 亿元，同比 增长 7.8%。受 2020 年大额资产减值影响，2020 年公司归母净利润-3.89 亿元，在 2021 年公司更换实控人和管理团队后，2021 年公司归母净利润修复至 0.12 亿元， 并在 2022 年实现归母净利润 0.30 亿元，同比增加 146.1%。我们认为随着公司异质 结电池组件于 2023 年投产，公司未来营收、归母净利润有望实现增长。
盈利能力持续回升，费用率有望进一步下降。在更换实控人和管理团队后，2022 年公司毛利率修复至 26.6%，相比 2020 年提升 12.6pct，同时公司销售、管理、研发 费用率也分别大幅下降至 2022 年的 2.9%、12.8%、4.4%。随着异质结电池组件产能 释放，和规模效应的体现，我们预计未来公司各项费用率有望进一步下行。
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