2023钙钛矿行业深度报告：新型光伏电池吹响产业化号角.docx

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1、电力设备钙钛矿行业深度：新型光伏电池，吹响产业化号角正文目录1 .钙钛矿电池前景广阔51.1 晶硅电池逐步接近效率天花板51.2 钙钛矿挑起薄膜电池大梁71.3 钙钛矿有望成为晶硅之后的主流电池91.4 大型化和叠层是主流趋势102 .多项优势助钙钛矿产业化加速172.1 材料结构原理简单172.2 天然具备多重优势192.3 稳定性稳步验证232.4 量产制备工艺简易253 .TCO玻璃有望迎来钙钛矿领域新应用303.1 FTO玻璃有望成为主流钙钛矿电极玻璃303.2 TCO玻璃占据钙钛矿组件主要成本353.3 国内TCO玻璃企业有望后来居上364 .相关标的及投资建议404.1 金晶科技：

2、TCO玻璃先驱者404.2 耀皮玻璃：TCO玻璃有望开启新成长曲线434.3 宝馨科技：叠层电池研发支撑长期增长465 .风险提不49图表目录图表1:太阳光谱和晶硅电池可吸收的部分5图表2:我国晶硅电池量产效率变化情况6图表3:N型电池结构图7图表4:2012-2021年全球薄膜太阳电池组件产量8图表5：2010-2021年薄膜电池所占市场份额8图表6:2021年全球主要薄膜电池企业产能（MW）9图表7：2021年全球各类薄膜电池市场份额9图表8:钙钛矿电池发展迅速9图表9:钙钛矿电池发展历程10图表10：协鑫光电大面积钙钛矿组件10图表11：钙钛矿电池转换效率变化趋势11图表12:钙钛矿电池

3、成本及效率趋势11图表13:钙钛矿大型化示意图12图表14:OLED不同代产线的单位成本情况12图表15:钙钛矿电池主要技术路线12图表16：钙钛矿晶硅叠层电池原理图13图表17:叠层电池理论效率14图表18:叠层电池结构图15图表19:叠层异质结电池材料、设备需求15图表20:晶硅/钙钛矿两端叠层电池研究进展15图表21:异质结/钙钛矿两端叠层电池技术路线16图表22：国内钙钛矿企业进展17图表23:钙钛矿晶体结构18图表24:钙钛矿发电原理示意图19图表25:钙钛矿相对于晶硅电池的优势20图表26:不同技术路线对比20图表27:钙钛矿电池组件生产流程少20图表28:不同电池的一次能源消耗（

4、MJf）21图表29:不同电池的碳足迹（kgC02-eqm2）21图表30:不同类型电池的能量回收时间22图表31:太阳能电池效率记录表22图表32:钙钛矿电池在水环境下的分解路径24图表33:IEC61215标准中部分稳定性测试项目24图表34：钙钛矿前道工序25图表35:狭缝涂布原理图26图表36：钙钛矿层制备技术示意图26图表37:钙钛矿层的制备方法（1）27图表38:钙钛矿层的制备方法（2）28图表39：钙钛矿电池制造中激光刻蚀示意图28图表40:钙钛矿电池制造工艺中各步激光的作用29图表41:不同成膜方式的特点29图表42:钙钛矿后道工序30图表43:常见的TCo材料31图表44:T

5、CO玻璃主要用途31图表45:TCO玻璃主要性能要求32图表46:不同TCO材料的性能比较32图表47:TCO玻璃主要性能要求33图表48：化学气相沉积反应原理图34图表49:在线浮法玻璃镀膜生产线示意图34图表50:FTO玻璃结构图34图表51:FTO玻璃顶膜工艺流程图34图表52:钙钛矿电池不同层成本（美元/平）35图表53:部分钙钛矿电池结构示意图36图表54:钙钛矿电池成本构成36图表55:不同厂家在线浮法FTO玻璃的电学性能36图表56:20182022年我国浮法玻璃生产、进出口及消费情况37图表57：我国浮法玻璃下游消费情况37图表58:2018-2023年浮法玻璃价格及库存情况3

6、8图表59:我国生产3.2mm及以下浮法玻璃的企业及产能情况38图表60:钙钛矿企业布局情况39图表61:20182022年公司营收情况41图表62:2018-2022年公司归母净利润情况41图表63:2018-2022年公司盈利能力42图表64:2018-2022年公司费用率情况42图表65:金晶科技盈利预测42图表66:金晶科技可比公司43图表67:2018-2022年公司营收情况44图表68:2018-2022年公司归母净利润情况44图表69:2018-2022年公司盈利能力44图表70:2018-2022年公司费用率情况44图表71:耀皮玻璃盈利预测45图表72:耀皮玻璃可比公司45图

7、表73:2018-2022年公司营收情况47图表74:2018-2022年公司归母净利润情况47图表75:2018-2022年公司盈利能力48图表76:2018-2022年公司费用率情况48图表77:宝馨科技盈利预测48图表78:宝馨科技可比公司491 .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

8、于吸收光谱限制，在AMI.5标准光谱下，单晶电池极限转换效率为29.4%。图表1:太阳光谱和晶硅电池可吸收的部分16-1400-1200-10-800-600-400-2001O硅电池无法吸收的高能光子硅电池无法吸收的 低能光子理论上硅电池可吸收的光谱1520波长(nm)2500资料来源：CPIA,国联证券研究所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20132016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

9、，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(ALO3/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，LeOE指标上优于BSF电池。PERC电池理论转换效率极限为24

10、.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。一单晶电池图表2:我国晶硅电池量产效率变化情况25%24%-23%.22%-21%-20%-19%-18%-17%-16%-5I。Iiiiiiiiiiiiiii20082010201220142016201820202022资料来源：CPIA,国联证券研究所TOPCon:理论效率达28.7%,2022至23年TOPCOn产能迅速增加有望成

11、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TOPCoHJT电池降木路径清晰，存在银包铜、电镀铜、薄硅片、网版、低锢靶

12、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600-1OOOMW,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。低温银电极(Ag)N型硅片rlR . l 1透明导电层n+非a硅薄膜 N-非晶硅薄膜 本征非晶硅薄膜P 非晶硅薄膜透明导电层资料来源：CPIA,国联证券研究所低温根电极(Ag)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、铜钢铁硒(CIGS)、确化镉(CdTe

13、)、神化钱(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FirStSolar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.

14、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。图表4:2012-2021年全球薄膜太阳电池组件产量图表5:2010-2021年薄膜电池所占市场份额900082758000700060005000400030002000100000%11111111-初4护S4者耕40祉资料来源：CPIA,国联证券研究所资料来源:CPIA,国联证券研究所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%。目前铜钢钱硒（ClGS）电池最高可以达到23.35%的转换效率，然而其是在超高真空（10-9Torr）和约350C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等原材料昂贵旦地球储量不丰富，这限制了C