1.钙钛矿电池
尽管晶硅电池单瓦成本近年快速下降，但晶硅电池的材料成本下降空间日趋缩小，同时电池效率最高已经达到26.63%，逼近其理论极限29.3%。而钙钛矿电池的材料成本低廉，吸光性能突出，并且在短短十年间单结效率从3.8%提升到25.5%，被认为最有希望成为下一代电池材料。
2.技术优势分析
技术原理：钙钛矿以俄国科学家Lev Perovski名字命名，具有与钛酸钙（CaTiO3）相似的立方晶体结构，化学式为ABX3。应用于太阳能电池中的钙钛矿材料，A 一般是有机胺离子（如 CH3NH3+，NH=CHNH3+），B 一般是二价金属离子（如 Pb2+，Sn2+等），X 表示卤素离子（Cl-，Br-，I-）。由于它们的离子半径比较恰当，尺寸较小的有机离子可以调节无机离子间的空隙，使得无机卤化金属可以构成连续的八面体骨架，形成近似于立方体较为规整的晶型。紧密堆叠所得的三维连续结构拥有较窄的带隙和极为理想的能带结构。
优势分析：
● 钙钛矿材料的吸光能力远超晶硅。1.4eV是为最优半导体带隙。晶体硅的带隙约为1.1eV，理论效率为29.3%，而钙钛矿材料带隙可以非常接近于最优带隙，因此单层钙钛矿电池的理论效率为33%。所以电池中钙钛矿层厚度仅0.3μm 左右，叠加其他功能层（除玻璃）合计厚度也不超过 1μm。而晶硅电池里的硅片厚度通常是180微米。
● 耗材用量小，成本低。由于吸光性好，按60片组件计算，原本需要消耗1kg的硅料，现在只需要2g的钙钛矿材料。
● 钙钛矿材料的优化空间更大，可以改进配方的元素及配比。单结电池效率从2009年的3.8%，提升到了目前25.5%，未来空间可期。而晶硅材料只能提纯，材料优化的性价比较低。
● 钙钛矿对纯度不敏感，目前 98%左右的纯度即可满足要求，而晶硅对杂质敏感，需要 99.9999%（6 个 N）以上才能用于电池制造。
● 弱光效果较好，并且光致增益。根据协鑫纳米的单结钙钛矿组件18%的量产效率其实已经相当于21%的晶硅电池效率，而20%的效率则相当于23%的晶硅电池效率。
● 钙钛矿的工艺简单、能耗低，流程通常在 150℃以下。晶硅电池端的烧结温度在 800-900℃之间，硅片端的铸锭温度更是超过 1500 度。
面临挑战：
钙钛矿材料的稳定性本身具有挑战，接触水和空气会快速分解。常用结构中的 TiO2 具有光催化性能，在紫外线照射下也可催化钙钛矿材料发生分解反应。但不稳定性可以通过加工工艺和封装技术提升来克服，并且行业龙头牛津光伏的叠层电池已通过IEC双85测试，国内协鑫光伏也表示其单结产品寿命可长达25年。
3.叠层钙钛矿电池：
为了超越晶硅的理论效率极限，叠层电池是一种很好的策略。通常叠层器件分为两层，上层为宽带隙的材料，下层是窄带隙的材料。硅电池的带隙是 1.12eV，接近下层电池的最优带隙，因此需要匹配一个上层电池材料，其上层电池材料最优的带隙大约在 1.65-1.7eV 左右。考虑到光学损失及光致次带隙等各种因素，钙钛矿材料是优选的材料。
钙钛矿电池禁带宽度的调整范围为 1.5eV 左右至 1.7eV 以上，当钙钛矿的禁带宽度为 1.55eV 时，它可以吸收波长小于 800nm 的光子，而带隙为 1.12eV 的硅电池可吸收波长小于 1100nm 的光子。将钙钛矿电池与硅电池按能隙从大到小的顺序从外向里叠合起来，让短波长的光被最外侧的宽带隙钙钛矿太阳能电池吸收，波长较长的光能够透射进去让窄带隙的硅太阳能电池吸收，这就有可能最大限度地将光能变成电能，大大地提高了太阳光谱的利用率、电池的性能和稳定性。
理论计算表明，晶硅+钙钛矿叠层电池的理论效率有望达到43%。目前此类叠层钙钛矿电池效率已经达到29.15%（德国亥姆霍兹柏林能源与材料研究中心），洛桑联邦理工学院(EPFL)和瑞士电子与微技术中心(CSEM)共同创造了钙钛矿-硅叠层光伏电池新的世界纪录，达到31.3%。业界龙头牛津光伏也在18年底认证达到27.8%，有望能突破30%关口。根据国际光伏技术路线图（11版）预测，2024年叠层电池量产效率将实现27%，2030年达到29%。
4.太阳能电池产业链的结构预测
光伏组件目前在系统成本中占比已经接近40%，成本越低占比越小，驱使产业纷纷追求更高电池效率，以图摊薄系统平衡部件（BOS）非材料成本。从电池效率的角度出发，展望下一个十年，电池环节可能会同时经历三股浪潮。第一波是从p型钝化发射极和背面电池技术电池（PERC）迈向n型-Topcon效率提升2%，到24%左右；第二波是产线换代，做异质结电池，效率提升到24.5%左右；第三波是进一步叠加钙钛矿层，效率进一步提高到27%以上。
5.电池量产效率路线图
异质结（HIT）工艺主要是四步，包括：清洗制绒→电池正反面沉积本征非晶硅薄膜和掺杂非晶硅薄膜→电池正反面沉积 TCO 薄膜→印刷烘干。HIT 电池产线所需设备包括：制绒清洗设备→PECVD/HWCVD 设备沉积非晶硅薄膜→RPD/CVD 设备沉积 TCO 薄膜→丝网印刷设备→自动分选机。
尽管HIT生产工艺相比P-PERC和TOPCon大幅简化，但目前非晶硅薄膜沉积设备和 TCO 薄膜沉积设备主要依赖进口，占到总投资额70%。目前HIT产线大约6-8亿元/GW，是PERC产线的2倍左右。根据申万宏源测算，随着国产化水平和工艺改进，HIT电池成本（不含税）有望在2025年从目前1.06元/瓦下降至0.57元/瓦。
在HIT国产化快速降本的前提下，结合钙钛矿工艺改进，才能有机会发挥“1+1>2”的协同效果。牛津光伏和梅耶博格的合作，就很好地反映了这种共生的合作关系。梅耶博格投资牛津光伏，反过来牛津光伏向梅耶博格订购异质结产线，并合作研发钙钛矿所需的量产设备。
6.相关企业介绍
协鑫光电
协鑫光电目前属于钙钛矿量产龙头，拥有100MW的钙钛矿组件产线，目前在昆山的厂房和硬件建设已经完成。
牛津光伏
公司成立于2010年，牛津光伏是钙钛矿-硅串联太阳能电池的制造商，2018年公布了钙钛矿-硅叠层电池28%的转换效率，突破了世界纪录。
纤纳光电
2015年，纤纳光电成立于杭州，专注于玻璃基板的钙钛矿太阳能电池和光伏组件的研发，并使用溶液打印法在光伏组件基底上制备出钙钛矿薄膜。七次刷新钙钛矿小组件转换效率世界纪录，获得全球首个钙钛矿加严稳定性测试认证。
2022年5月20日，纤纳光电钙钛矿α组件全球首发，该组件采用纤纳独立开发的溶液打印技术，具有功率高、稳定性好、温度系数低、热斑效应小、不易隐裂等特性，可进行12年产品材料与工艺质保，25年线性功率输出质保。
2022年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。
曜能光电
北京曜能科技有限公司成立于2017年，是全球最早进行钙钛矿太阳能电池产业化研发的团队之一，公司团队成员自2013年起在美国开始进行钙钛矿太阳能电池技术研发。
2021年8月，高瓴气候变化投资团队在碳中和领域投资的钙钛矿光伏企业曜能科技完成数千万A轮融资。曜能科技的钙钛矿/晶硅叠层光伏技术，能够与晶硅技术深度结合，突破传统单结太阳能电池的产业化光电转换效率极限，进一步降低光伏发电成本。
公司于2017年建立实验室，完成了小面积器件试制。实验室效率一直维持在全球Top3水平。公司计划2022年下半年开始建设中试车间，2023年底投入使用。2022年7月，北京曜能科技有限公司项目组到中关村通州园就“中试线场地”选址进行考察。
Saule Tech
2014年，Saule Technologies成立于波兰，该公司使用喷墨打印在塑料等柔性基板上的方法制造钙钛矿太阳能电池。凭借着重量轻和较小面积的组件优势，Saule Technologies开拓室内应用设备市场，钙钛矿将人造光转化为电能，利用物联网，为用于传感和通信的小型设备提供动力。
仁烁光能—全钙钛矿叠层电池稳态认证效率高达28%
2022年6月，仁烁光能宣布全钙钛矿叠层电池稳态认证效率高达28%，此外，通过可产业化制备技术实现了认证效率21.7%的全钙钛矿叠层电池组件。
仁烁光能专注于大面积钙钛矿叠层电池的研发与制造，公司成立伊始即获得5000万天使投资，由前协鑫集团拥有丰富产业化经验的核心高管团队参与领投，并负责公司科研成果产业化落地。
杭萧钢构—2022年底投产首条晶硅薄膜+钙钛矿叠层电池中试线
2022年7月6日，杭萧钢构在互动平台上表示，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。该领域是公司在BIPV绿色建材及太阳能电池技术领域的新探索，相关技术在光伏电池层面是一个较大创新与突破，未来情况尚存在一定的不确定性。
天合光能—钙钛矿/晶体硅两端叠层太阳电池目标效率大于29%
2022年4月28日，天合光能股份有限公司发布《2021年年度报告》。年报信息显示，在研项目方面，天合光能正在开展钙钛矿/晶硅两端叠层太阳池的设计、制备研究。进展或阶段性成果包括参与国家重点研究技术，聚焦高效N型TOPCon/钙钛矿叠层电池及高效HJT/钙钛矿叠层电池的研究，完成钙钛矿调研报告、完成稳定性测试系统搭建。拟达到目标：钙钛矿/晶体硅两端叠层太阳电池效率大于29%。
中来股份—投入研发钙钛矿/TOPCon叠层电池关键技术
根据中来股份2021年年报，为了开发新一代的高效叠层电池技术，提前布局下一代产品，提升公司竞争力，中来投入研发钙钛矿/TOPCon叠层电池关键技术，以达到正面效率大于26%的目标。
2022年6月29日，中来股份在互动平台回答投资者提问时称，公司的钙钛矿晶硅叠层电池研发项目正在进行中，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。
聆达股份—三期拟建设HJT异质结叠加钙钛矿电池项目
2021年11月11日，聆达股份发布公告称，全资子公司金寨嘉悦新能源科技有限公司规划建设10GW高效光伏电池产能，项目分三期建设，一期已建成投产3GW高效PERC晶硅电池项目；二期规划投资建设5GW 210兼容182 TOPCon电池智能工厂；三期拟建设HJT异质结叠加钙钛矿电池项目。
2022年6月21日，聆达股份在互动平台表示，目前公司钙钛矿电池技术仍处于研究论证与规划阶段。
通威—全面展开对全背接触技术、钙钛矿/硅叠层电池技术研究与开发
根据通威股份2021年年报显示，通威在光伏各业务板块科研体系基础上成立光伏技术中心，组建以行业专家为主的科研技术团队，统筹推进光伏产业链各环节的技术研发与技术集成。2021年，通威光伏技术中心重点开展新技术、新产品（如TOPCon、HJT）量产导入过程中的跨板块链接和集成工作，着力深化与国内外大学、研究所等科研机构的产学研合作，进一步加强对行业跨代技术、前沿技术（包括HBC、钙钛矿、叠层电池/组件、光伏+储能等技术）的跟进、研究和开发。
来源于“德沪涂膜设备”
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