锡创投：锡创智研 | 钙钛矿：穿越光伏周期的第二曲线

钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿结构材料作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代薄膜电池，包括单结钙钛矿电池和钙钛矿叠层电池两种类型，具有高能量转化效率、价格低、重量轻、柔性大等特性。当前晶硅电池效率逐渐接近29.4%的理论效率极限，而钙钛矿单结电池的肖克利-奎伊瑟（S-Q）理论效率极限为33.7%，全钙钛矿叠层电池的理论效率极限可达44%。

核心观点

产业化阶段上，钙钛矿目前仍处于产业化发展的初期阶段：虽然近期有产业巨头跑步入局和GW线开工，但钙钛矿电池距离商业化仍有不小的距离。一方面，配方、设备及工艺仍在不断迭代与完善中，寿命和大面积制备的问题严重制约其大规模商用的可能性；另一方面，产业化进程的加速亟需在不同应用场景中的实证落地与数据闭环，这是对技术和市场接受度的双重考验。

产业化路径上，单层钙钛矿短时间内无法和晶硅电池正面竞争，叠层有望率先实现产业化：目前，在传统晶硅电池价格已降至1元/W，且实际使用寿命接近30年的情况下，单节钙钛矿在短时间内难以和晶硅电池在大规模集中式电站场景正面竞争，钙钛矿要实现商业化突破，必然要差异化。一方面，钙钛矿电池凭借弱光性以及颜色可定制的特点，满足了长时间发电、透光度以及美观等需求，可与薄膜电池充分竞争，在BIPV、幕墙、CIPV等小众市场拥有一席之地；另一方面，通过叠层技术，叠层钙钛矿电池在转换效率上，相比传统晶硅电池呈现明显代际差，在组件占电站投资总成本比例较低的场景里，可以通过提高组件效率提升单位面积组件功率，进而降低单W分摊的人工、BOS成本等电站投入，从而降低电站度电成本LCOE。

行业概况

光伏行业的第二曲线

钙钛矿具有“效率+工艺+成本”优势

沿着第一S曲线本身的创新叫做连续性创新，它是渐进性的改良和发展。但沿着同一条曲线连续增长，必定会遭遇极限点，几乎所有行业发展都逃不开S型曲线。PERC电池、N型电池等都是沿着晶硅光伏第一曲线内的连续性创新。钙钛矿是第二曲线，即非连续性创新，是光伏行业在晶硅技术达到极限之前发现的第二曲线。

晶硅电池的理论效率为29.4%，经过60余年的发展，其转换效率才从5%发展至26.81%，而钙钛矿仅用十余年就完成了效率突破。钙钛矿接力成为第三代电池技术，潜力巨大，原因如下：1）理论效率显著高于晶硅：钙钛矿单结电池理论效率可达33%，叠层效率可达44%；2）工艺流程简单：钙钛矿组件在一个工厂就可完成生产，整个工艺流程只需要45分钟，且能耗低，单W制造能耗不及晶硅1/10；3）降本空间大：规模化后成本有望降至0.5元/W。

钙钛矿叠层电池是钙钛矿与其他光伏技术的结合，综合利用太阳能中短波长和长波长能量，在单节电池基础上进一步提高效率。钙钛矿电池透光性好、短波吸光能力强、成本低，是叠层电池中顶电池的理想选择；晶硅带隙和钙钛矿匹配度最高，是底电池的理想选择。因此钙钛矿晶硅叠层既能够实现高效率的发电表现，又不会增加太多的物料成本，是目前潜力最大的可商用叠层方案。叠层电池的成本相对晶硅组件的增量主要在于钙钛矿部分的多层镀膜，这部分材料用量少成本低。钙钛矿晶硅叠层效率理论极限44%，目前实验室效率33.9%，2024年底有望在平米级组件效率突破26%，实现商业化。

随着光伏技术的不断进步，PERC电池将被淘汰，HJT、BC及钙钛矿叠层电池将凭借其优秀的性价比加速渗透。钙钛矿晶硅叠层目前处于研发和中试阶段，根据ITRPV预测，2025年后有望大规模量产。

钙钛矿晶硅叠层分为两端和四端方案，钙钛矿电池厂主推四端方案。四端方案是大面积钙钛矿组件与晶硅并联形成的电池，并联结构下钙钛矿电池和晶硅电池分步制备，各个步骤之间相互解耦，四端方案兼容所有晶硅路线，对于钙钛矿电池厂只需采购晶硅电池片完成组件级叠层即可量产。头部钙钛矿厂商凭借其大面积制备工艺优势主推四端叠层，目前协鑫光电已有组件级叠层方案，实现了1.7m2叠层组件26.4%的转换效率，目前需要克服的产业化难点在于钙钛矿层和晶硅层电池的电压不匹配的问题。

两端方案在晶硅产线基础上延伸，是传统晶硅大厂主推路线。两端方案在晶硅产线上延伸，兼容现有产能，是晶硅厂商的主推方案。该方案在晶硅表面直接镀膜，无需TCO玻璃这类价值量较高的额外辅材，相对四端方案成本更低。但两端叠层技术难度大，目前处于产业化早期阶段，相比四端方案需要更长的时间才能实现产业化。两端方案的难点在于需在晶硅的不平整表面制备钙钛矿层，且不同晶硅路线叠层的制备工艺存在较大差别。

产业化进展：产业化进程提速

头部企业启动GW产线，产业巨头跨界布局

头部企业GW级量产线有望2024年落地。目前钙钛矿行业格局可大致分为3个梯队：第3梯队里面新融资的创业公司目前仍处于技术积累和放大阶段，主要任务在于突破效率纪录；第2梯队的钙钛矿电池厂如仁烁光能、脉络能源、光晶能源等经历了技术放大的阶段，2024年陆续进行百兆瓦中试，侧重点在产线调试；第1梯队的头部企业如协鑫光电、极电光能、纤纳光电等陆续经过了长时间的中试线调试，开始启动量产线，在2023年陆续开始GW产线招标，2024年开始部分产线投产，侧重点在产品提效和增强稳定性。目前行业平米级组件效率达到19%以上，比去年提升3pct。

量产线尺寸进一步放大，便于适配大板型晶硅组件制作叠层电池。钙钛矿行业中试线尺寸主要有0.6*1.2m和1*2m两个版型，量产线在这个面积基础上进一步放大。协鑫光电尺寸放大至1.2*2.4m，极电光能放大至1.2*2.3m。都是在1.2m宽幅基础上，根据各家需求确定版型长度，总体都在2.8平米左右。面积放大一方面可以摊薄成本，另一方面也是为将来做钙钛矿晶硅四端叠层做准备。

传统晶硅厂商跑步入场钙钛矿光伏。经过头部钙钛矿企业对行业生态的持续培育，钙钛矿材料、工艺、设备已相对成熟，叠层扩产的前提已经具备，多家晶硅大厂在叠层路线上加大资本开支。晶硅厂商在人力、物力、财力相对早期只有创业公司投入的生态截然不同，钙钛矿叠层技术有望加速。

宁德时代、比亚迪、京东方等企业跨界布局钙钛矿。宁德时代目前已有100瓦中试线，并且同时布局叠层电池。京东方的OLED面板和钙钛矿制备的工艺存在共性，都是大面积镀膜，需要用到涂布、蒸镀等方案，据访谈了解，日本东丽的涂覆设备可以实现在面板和钙钛矿层制备的共用。面板厂商凭借自身的工艺优势切入钙钛矿领域，在产能和工艺精度上具有竞争优势。跨界龙头具备创业公司不具备的资源，钙钛矿技术一旦出现突破，技术扩散和人才流动将会促使行业快速发展。

材料、设备、工艺不断趋同：单节电池核心工艺为4道镀膜和4道划线。量产电池的结构主要是反式钙钛矿结构，具体工艺是在TCO玻璃基底上逐层镀膜形成钙钛矿电池。TCO玻璃本身包含了一层电极，所以镀膜过程是依次沉积空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、电极等膜层。空穴传输层主要采用磁控溅射工艺，钙钛矿层主要采用狭缝涂覆工艺，电子传输层主要采用RPD、蒸镀工艺、电极主要采用PVD工艺，4道激光划线穿插在整个镀膜过程中。吸光层钙钛矿层是关键，核心指标是结晶效果。钙钛矿层中饱满且取向一致的晶粒是其发电效果的必要保证。钙钛矿层必须用到狭缝涂覆工艺，搭配干燥、退火工艺才能形成良好的结晶效果。

从设备单价和价值量占比来看

涂布机：用于钙钛矿层制备，价值量合计1500万元，价值量占比13%，目前市场主要供应商为上海德沪和日本东丽等；

PVD磁控溅射设备：空穴传输层、背电极各一台，价值量合计2000万元，价值量占比17%；目前市场主要供应商为京山轻机、德国莱宝、梅耶博格、湖南红太阳等；

RPD反应等离子沉积设备：电子传输层一台，价值量合计2000万元，价值量占比17%；目前市场主要供应商为捷佳伟创、韩国SNTEK等；

激光设备：P1-P2-P3三道激光划线各一台，P4激光清边需一台，价值量合计1500万元，价值量占比13%，主要供应商为大族激光、德龙激光、杰普特、迈为股份、帝尔股份等。

产业化挑战：

稳定性、大尺寸效率及规模化降本

目前钙钛矿进入产业化应用，核心需要解决大面积钙钛矿薄膜制备、长期稳定性以及降低成本等问题。

大面积制备时需要保证镀膜质量并且减少激光死区面积：钙钛矿在大面积成膜时导致的薄膜产生位错、间歇缺陷，产生较多的晶界，形成复合，因此工艺放大过程中获得大面积、高质量的钙钛矿薄膜仍有工艺和技术难题需要突破。同时，在激光划线过程中，需要优化激光工艺降低激光划刻对钙钛矿层的损伤等，尽可能减少死区。

钙钛矿稳定性与组件长周期运行：目前钙钛矿电池“在一定光照及温度条件下，接通电路进行发电”的稳定性和寿命，仍是制约钙钛矿产业化的首要问题，目前产业界已有一定的各自解决思路和技术方案包。首先，在钙钛矿材料本征稳定性层面，需要建立高稳定性材料体系配方，目前各家主材是差不多的，主要是甲脒基的有机无机杂化的配方，但各家有独特的添加剂和稳相剂，通过添加剂和稳相剂的掺杂来保持钙钛矿层相的稳定；其次，在电荷传输层、空穴传输层上，需要进行功能层间的表面钝化来抑制钙钛矿层的离子迁移到其他功能层导致钙钛矿材料的流失；最后，封装层面，钙钛矿材料对水氧极其敏感，在潮湿和光照的环境下易发生分解，需要采用合适的封装等手段解决封装层面的问题。目前极电和纤纳已通过IEC61215/61730，具备25年理论寿命，但仍需做全寿命的加速老化实验以验证其长寿命。目前没有专门的寿命检验标准，钙钛矿是新生技术，存在时间尚短且变化较快，不能准确论证组件寿命。预计在2024年会有更多企业取得IEC认证，通过加强版认证。

投资逻辑

组件端

技术路线上，目前传统晶硅光伏产业组件端已处于产能过剩阶段，随着晶硅成本持续处于低位，钙钛矿单节电池短期相对晶硅很难具备性价比。当钙钛矿组件效率在20%时，其组件成本大约在0.8元/W，该成本当晶硅组件价格位于1.3元/W以上时具备显著性价比。但目前来看，晶硅组件成本与钙钛矿量产预期组件成本接近，严重影响了单节钙钛矿电池在大规模地面电站端的商业逻辑。

叠层路线降低电站系统造价，经济性优势显著。叠层路线通过效率的大幅提升，在降低组件单W成本的同时，大幅摊薄BOS成本，从而改善电站的IRR和LCOE指标。对比提升20%电池效率和降低同等比例电池成本的两个方案，前者可使得电站端初始投资降低13%，后者仅能降低4%。可见对于光伏技术而言，提效比降本对电站端吸引力更大。头部厂商协鑫光电的技术路线为四端叠层，同时晶硅厂也在密集布局钙钛矿叠层，说明代表传统光伏产业对叠层电池商业逻辑的认可。

投资时点上，尽管钙钛矿产业仍处于从0-1阶段，但其效率提升速度快、潜力大。预期到2025年，极电光能、协鑫光电等将完成商业化验证，届时有望开始进入销售放量，2024年进行光伏逆周期投资新质生产力钙钛矿头部企业，或是较好的投资时点。

标的选择上，应尽可能选择在技术、团队配置、股东和融资能力上没有明显短板，且有亮点的企业。目前光伏大环境下，光伏投资热度必然会有回落再回升的过程，如果企业不能在热度下降前储备足够多的现金过冬的话，等到市场热度下来之后，将面临融资困难的问题，预期头部企业会强者恒强，率先进入商业化阶段。

材料和设备端

从业绩放量顺序考虑，创新技术发展初期，设备厂商将会最先收益，激光设备技术路径相对明确，涂布及镀膜设备技术路径未定。其次，TCO玻璃、封装材料端、靶材端等关键辅材确定性较高。预计到2030年，全球钙钛矿设备新增市场空间将达322亿元，2023-2030年CAGR约为171%，对应的玻璃/封装材料/靶材的市场空间分别达到284/54/236亿元。

风险提示

光伏行业加速产能出清

当前光伏下游需求情况不乐观，仍在低价竞争的僵持状态，组件价格普遍跌到1元/W以下，大部分企业成本难再支撑，目前出清尚未完成，短期组件价格预计较难止跌。光伏行业想重回健康发展，需耐心等待此轮出清结束，否则钙钛矿短期内只能通过差异化竞争，在BIPV、消费电子、CIPV等小众领域有部分市场。

底层技术进展没有明确时点预期

钙钛矿面临寿命及稳定性尚未得到充分验证和大面积制备的难题，只有在底层基础科学的层面把上述问题解决后，才能推进量产进度，如上述问题解决较慢，则产业化时间将向后推移，形成较大的投资风险。

    本文作者：金睿

现任锡创投双碳节能团队投资助理，悉尼大学金融学硕士，拥有3年投资从业经历，投资领域覆盖新能源、先进装备等；已投项目包括领声科技、道尔奇、为恒智能、星驱科技等，有效推动了无锡市相关产业链强链、延链、补链。