2023年钙钛矿行业深度研究报告(附下载)

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摘要

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文章内容

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。

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。