2022年钙钛矿光伏设备行业研究报告
来源：中银证券 作者：陶波、叶善庭
钙钛矿：吸引力？提效空间较高，应用场景丰富，成长初期
钙钛矿行业处于 0->1 的成长初期：2022 上半年以来，国内频出钙钛矿产业的积极信号，宁德、腾讯等汽车及互联网行业的头部机构入股钙钛矿项目，钙钛矿-晶硅叠层效率也突破了 31%，证实其叠层效率远超晶硅电池的优势。在 TOPCon、HJT、XBC 等电池技术争相扩大产能的产业环境下，多个钙钛矿的大尺寸中试线项目落地，见证其从 2009 年提出概念，到 13 年后厂商跃跃欲试的快速发展阶段，同时 2022/7 纤纳光电出货全球首款钙钛矿商用组件，也标志着钙钛矿组件商业化探路的开端。
特点一：转换效率领先优势获实验室证实，钙钛矿吸光层为提效的核心
钙钛矿型材料特点 1：易于合成，稳定的钙钛矿相决定电池稳定性。钙钛矿型材料为与矿物钙钛氧化物 ABX3 化学结构类似的离子晶体的统称，易于实验室合成，可避免材料的稀缺性涨价。据 X 阴离子划分，ABO3 无机氧化物钙钛矿在可见光下的光电效应较差；而主流的 ABX3 为卤化物钙钛矿，其中 A 为有机阳离子(如甲胺、甲脒等)或无机阳离子(如铯)；B 为二价金属阳离子(如铅或锗)；X 为卤素阴离子。根据八面体笼的旋转形态，分为立方、四方、正交等钙钛矿相，而稳定的钙钛矿相对于电池稳定性至关重要，立方相为理想形态。同时可改变不同的 A 位阳离子，通过离子半径算出的容忍因子α，如 APbI3 钙钛矿的α在 0.8-1 时，形成稳定的钙钛矿相，提升稳定性、转换效率。
钙钛矿型材料的特点 2：光电特性优秀，带隙可调决定吸收更宽的光谱。由于钙钛矿的成分选择具有灵活性，A、B 和 X 位离子可以被多种元素取代，提供了较宽的带隙可调性。根据 Schockely-Queisser 极限曲线，单结太阳能电池光吸收材料的最佳带隙为 1.4 eV。钙钛矿作为直接带隙材料（例如CH3NH3PbI3，带隙 1.5 eV)，在可见光全波段范围内具备全光谱吸收能力，且Nano Energy 提到钙钛矿材料在 300–800 nm 波长范围的可见光谱上，具有约 1× 105cm−1 量级的高吸收系数，比传统单晶硅大一个数量级，因此 100 纳米厚的钙钛矿薄膜，就可以吸收硅薄膜微米厚度才能吸收的光。
钙钛矿组件由多个功能层堆叠而成，吸光层是提效的核心。晶硅电池和钙钛矿组件的本质工作原理都是通过空穴和电子的扩散形成内电场，不同点在于：A. 晶硅电池是直接形成 P-N 结：P-N 结的势垒电容与 P 型/N 型半导体的掺杂浓度和温度有关，且势垒厚度较薄，容易发生雪崩击穿，从而承受的反向电压有限，且感光灵敏度较小；B. 钙钛矿组件是 P-i-N 结：P-i-N 结因为有 i 层-本征半导体（即钙钛矿层）的存在，势垒厚度很大， 能承受很大的反向电压，且能吸收大量的光子并转换为载流子。同时，i 层选用的钙钛矿材料充分吸收不同波长的太阳光，对蓝/绿光的吸收强于晶硅电池，其高结晶度极大减小载流子复合。
钙钛矿单结组件的研发效率已接近 26%，平均每年至少提升 0.5%，极限为 31%。自 2009 年提出技术至今，钙钛矿单结电池的实验室效率从 3.8%提升到 25.8%，13 年间平均每年提升 1.69%，而 2018-2022 年则平均每年提升 0.5%。相比 PERC、TOPCon、IBC 等技术在 90 年代已经实现 20%以上的实验室转 换效率，钙钛矿发展速度极快。据德国 ISHF 实验室数据，PERC 电池理想条件下极限效率为 24.5%，单面 TOPCon 工艺的理论效率在 24.9%-27%之间，双面 TOPCon 工艺达 28.7%，HJT 工艺的理论机械转换效率是 27.5%，晶硅电池理论极限效率为 29.43%，而作为薄膜电池的钙钛矿光伏组件的单结理论效率为 31%，远超晶硅电池，是未来钙钛矿-晶硅叠层电池转换效率达到 50%以上的重要推力。
特点二：一体化工厂降低生产成本，钙钛矿材料具备成本优势
相比晶硅电池，钙钛矿工序大大缩短，单 GW 产能投资额更低。根据协鑫光电的数据，晶硅电池的制备，从硅料到组件至少经过 4 道工序，单位制程需要 3 天以上，同时还需要大量人力、运输成本 等；而钙钛矿组件在单一工厂完成生产，原材料经过加工后直接成组件，没有传统的“电池片”工序，大大缩短制程耗时，单位制程耗时仅需约 45 分钟。从单 GW 产能投资额来看，与晶硅电池相比，硅料+硅片+PERC电池+组件合计需要约 10 亿元投资，而目前的钙钛矿 10MW 中试线投资额为 0.7-0.8 亿元，达到量产成熟度之后，单GW 产能仅需 5 亿元投资额，约晶硅电池单 GW 产能投资额的 1/2。
降本途径分析 2-发电量：钙钛矿组件理论寿命可达 30 年，控制衰减率能做到更低的度电成本：据杨文侃《钙钛矿系列光伏组件的度电成本分析》测算，寿命25年的钙钛矿组件若线性衰减小于 0.6%，度电成本低于晶硅组件。
钙钛矿温度系数绝对值比晶硅低 2 个数量级，不易受温度影响：从温度系数量化来看，晶硅组件约为-0.3，即温度每上升 1 度，功率会下降 0.3%，例如在实际应用场景，出厂效率 20%，当温度升到 75 度，效率大约就只剩16-17%。而钙钛矿的温度系数为-0.001，非常接近于 0，因此它效 率几乎不受温度影响，实际发电效率显著高于晶硅。
由于电路结构不同，钙钛矿组件比晶硅组件受遮挡的负面影响小，发电量平均高 5%：晶硅组件一般由 60 或 72 片独立电池片串联形成，当受到局部遮挡或损坏时，会出现热斑效应。而钙钛矿组件属于薄膜电池，通过工艺在整个面板上实现电路结构，电路之间互相连接，在受到同样遮挡时发电量影响比晶硅小很多，根据杨文侃《钙钛矿系列光伏组件的度电成本分析》测算，遮挡条件下钙钛矿组件比晶硅发电量高 4.05%-6.05%，度电成本降低 0.018-0.034 元/kWh。
特点三：轻薄且适应柔性基底，下游应用场景丰富
钙钛矿组件适应多元化的刚性/柔性基底。尽管晶硅电池可通过柔性材料封装制成柔性组件，但晶硅电池片容易断裂，对封装技术和封装材料性能要求非常高，因此薄膜电池更适合应用到柔性组件上。而由于 CIGS 等薄膜电池的制备温度较高，平板柔性电池通常使用的 PET 或 PEN 基底承受温度一般不超 150℃，叠加柔性组件的卷对卷印刷工艺与钙钛矿制备兼容，因此钙钛矿组件更具备柔性应用空间。鉴于钙钛矿组件更轻薄、设计更友好的特点，厂家可按客需定制模块的形状、颜色和尺寸，并安装在屋顶、车顶、玻璃幕墙等任何空闲区域，叠加模块颜色可调，完美解决光伏在建材应用的美学问题。钙钛矿材料的柔性、轻薄、颜色可调、高电压等特性使其具备广泛应用各场景的潜力。
特点四：钙钛矿多结叠层效率可达晶硅电池的 2 倍，叠层技术取决于界面复合层
钙钛矿-晶硅叠层电池研发效率已突破 31.3%。钙钛矿带隙宽度可调，可制备高效叠层电池，相比于单个 PN 结的钙钛矿太阳能组件，多结的 PSCs 光谱吸收效果更好、效率更高，但成本也更高。钙钛矿可制备 2 结、3 结及以上的叠层电池，钙钛矿 2 结叠层电池理论转换效率达 35%，而 3 结叠层效率可达 45%以上，如果掺杂新型材料，甚至能达 50%，约为目前晶硅材料的 2 倍。
2 结叠层电池有钙钛矿-钙钛矿、钙钛矿-晶硅叠层电池两种。钙钛矿-晶硅叠层电池即将钙钛矿 组件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 矿太阳能组件吸收，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，可最大限度地 将光能变成电能，目前获得了最广泛的研究，最新效率已突破 31.3%。
全钙钛矿（钙钛矿-钙钛矿）叠层具备潜力，一体式叠层为主流结构。根据结构不同，叠层钙钛矿组件分为一体式结构和分离式结构，依据输出端子数量的不同，又可分为两端子和四端子结构。四端子结构能实现较高的实验室效率，但四端子叠层电池中的光学耦合叠层需要使用光学分光镜，成本过于高昂，而机械堆叠式需要三层透明电极，会降低电池转换效率。相比之下，一体式钙钛矿叠层结构简单，设备和工艺相对成熟，适合产业化。南京大学谭海仁团队实现了 小面积全钙钛矿叠层电池 28%的实验室效率，成立仁烁光能并开启全钙钛矿叠层电池的产业化。
面临挑战：大面积组件的制备难度、稳定性不足、降低材料的毒性
相比晶硅电池，钙钛矿组件缺陷实际影响程度有限，同时为实现产业化，学术界和产业界针对缺陷不断研究改良方法，已有一定成果：
大面积制备的难度：发展狭缝涂布等多种制备新工艺。实验室制备的高转换效率组件，基本是在 1cm2 的极小面积薄膜上实现，大多使用旋涂法，但该工艺的转速很高，难以沉积大面积、连续的钙钛矿薄膜。取而代之的是狭缝涂布法，还有软膜覆盖沉积法(SCD）、板压法、气固反应法、刮涂法等能放大尺寸的工艺。解决此问题关键点在于工艺改良。2022 年 4 月，极电光能在 300cm2 的大尺寸钙钛矿光伏组件上，创造了该尺寸面积下 18.2%光电转换效率的新世界纪录。2022 年 7 月，微纳科技成为全球首家量产 40*60cm 柔性钙钛矿组件厂商，承诺效率达到 21%；同时，纤纳光电实现出货 5000 片 1245× 635× 6.4mm 钙钛矿组件供省内工商业分布式钙钛矿电站使用，证实大面积钙钛矿组件问题逐渐得到改善。
不稳定性：尝试兼容更多种材料，封装为核心改良环节，稳定性已逐步增强。为改善钙钛矿组件的不稳定性，业界聚焦于封装技术和材料结构的替换。钙钛矿材料对水汽极度敏感，易产生不可逆转的降解，因此室温环境下组件效率会随时间增长而衰减。但钙钛矿可容忍 1%级别的杂质，对缺陷杂质容忍度远高于晶硅，可选用更多类型材料增强稳定性。同时，2020 年昆山协鑫光电围绕封装进行实验，发现封装不佳的组件很快就衰减，但良好封装的组件，在双 85（85℃、85%RH）条件下，2000 个小时内没有任何衰减。
含毒性：无铅化为钙钛矿材料研究的重要方向。由于含铅钙钛矿更适合低温制备，光电效应较好，因此钙钛矿组件大多含具备毒性的铅，会对外部环境造成污染。实际上晶硅组件的焊带通常含铜箔涂铅，每一块标准尺寸的晶硅组件里约含 18 克铅，而同样尺寸的钙钛矿组件含铅量不超 2 克，因此钙钛矿组件的含铅量只有晶硅的 1/10。同时，钙钛矿材料的优点之一是可以对材料成分进行设计，有利于采用低毒的元素替代铅，目前大量研究工作采用来自该族的 Ge、Sn 以及来自周期表中的 Bi 和 Sb 等环境友好元素来替代铅。
钙钛矿：技术突破对国产设备商的意义？延长产品生命周期
组件结构由多个功能层铺设而成，多种制备工艺并存
钙钛矿组件主要有 3 类结构框架，反式平面结构适合产业化。常见的 3 类“三明治”结构为介孔结构和平面结构（分为正式平面、反式平面，区别：钙钛矿底层材料对钙钛矿内的电子或空穴的提取能力不同，P 型半导体主要传递空穴，N 型半导体主要传递电子）。1. 正式(n-i-p)平面结构（效率更高）：转换效率比反式结构高，具有较高的 Voc 和 Jsc 值，但空穴传输层在核心的钙钛矿层上面，在选材的温度耐受性和性能平衡上还不能很好的匹配，且迟滞效应比反式结构明显（迟滞效应降低电池测试的准确性和电池性能）；2. 正式(n-i-p)介孔结构（优化版本，使钙钛矿层更稳定）：与正式平面结构类似，介孔层的掺杂能改善钙钛矿层和电子传输层的接触，提升电子的提取能力，但介孔层需要 450° C 高温烧结，不能和柔性衬底结合，不适宜投入量产。3. 反式(p-i-n)平面结构（主流结构）：比正式结构的工艺更简便价廉、低温成膜、更适合与传统光 伏电池结合叠层器件等，同时因为反式 (p-i-n) 结构中，空穴层选材的扩散长度/系数比电子层的短/低，更有利于电荷的平衡抽取，从而抑制迟滞效应。由于适合叠层结构延伸及产业化、工艺成本低，为目前的主流结构。但面临转换效率较低、电子传输层用材昂贵和热稳定性差等限制。
以协鑫纳米的发明专利《一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法》为例，涉及正式介孔结构，使用匀胶机(实验室级别)、PVD（磁控溅射、蒸镀），钙钛矿层选用涂布机，与反式结构的制备方案类似。
钙钛矿层：大面积制备难度较高，狭缝涂布工艺为主流
钙钛矿层的制备分 4 种反应原理和 2 大类工艺。作为钙钛矿组件的核心层，钙钛矿层及上下电荷收集层界面的制备至关重要，薄膜厚度、大面积均匀性、成膜速度控制为重要技术指标。目前钙钛矿层的制备从反应原理上分为 4 种，即一步溶液法、两步溶液法、双源气相蒸发法、气相辅助溶液法。
狭缝涂布为钙钛矿层的主流大面积制备工艺。从工艺角度划分，适应大面积沉积钙钛矿薄膜的有湿法涂布、印刷等 2 大类工艺，其中狭缝涂布工艺具备制程可控性较强、材料利用率高等特点，成为目前钙钛矿层的主流制备工艺；而丝网印刷工艺适用于全印刷型钙钛矿组件的制备。
第一类-湿法涂布工艺：根据涂布头分为狭缝涂布工艺、刮刀涂布工艺等。
狭缝涂布（主流选择）：非接触式涂布技术，在玻璃/金属/聚合物等基材上将特制油墨沉积形成 超薄均匀涂层，涂层厚度取决于施加到基材上的油墨量除以涂布面积，硬件核心在于狭缝涂布头的耐腐蚀性、狭缝精度及油墨流动控制。特点是印刷速度快、成膜均匀、材料利用率高、运行成本低、适用油墨的粘度广等。除了光学薄膜外，也用在锂电池隔膜、液晶面板等精密涂布。
刮刀涂布：与过量的油墨接触，通过调整刮刀与基底的距离来调整厚度，同时也与油墨的浓度、基底移动速度相关。特点是能兼容流动性弱的油墨，提高浓度、减小干燥负荷，涂布速度较快。同时涂布面较平整，不随原表面的凹凸而起伏。
第二类-印刷工艺：分为喷墨印刷法、喷涂法、丝网印刷法、凸板印刷法、凹版印刷法等。
丝网印刷（全印刷型钙钛矿组件的量产工艺）：特点是生产成本极低(资本支出和运行成本)、 高吞吐量。同时是制造微米级厚度介孔支架的有效方法，但介孔层结构需要 400 摄氏度高温制备，面临容易破坏钙钛矿层的挑战。据 Swansea 大学研究发现，可以通过丝网印刷将钙钛矿组件印在建筑物钢顶上，而国内的万度光能将投建全丝网印刷工艺生产的 200MW 介观钙钛矿组件产线。
喷墨印刷：与器件无接触的印刷技术，和打印机原理类似，打印机头和油墨相连，压力脉冲控制油墨的吞吐量。特点是材料利用率较高，能够精准灵活控制打印形状、厚度等，技术的关键 挑战在于油墨高吞吐量的时候能否保持印刷的精度，以及能否找到兼容的动态粘度、密度和表面张力的油墨。由于印刷速度受限于喷嘴数量，喷墨印刷的速度较其他沉积薄膜工艺慢。
喷涂：同样为非接触型印刷技术，通过改变油墨的成分、浓度、喷嘴角度、移动速度等，达到控制钙钛矿薄膜厚度及高吞吐量操作的目的。特点是材料损耗较低，能够高吞吐量处理，但挑战在于晶体生长厚度的变化、溶液去湿以及由表面张力驱动的薄膜覆盖不均等。
凸版印刷、凹版印刷：在钙钛矿组件研发中使用较少。
狭缝涂布工艺从平板显示、锂电池极片领域沿用至钙钛矿，技术应用经验丰富。(1) 平板显示面板也由不同功能薄膜组成，其中柔性 OLED 的结构和钙钛矿组件最为接近，核心 PI 导电膜使用狭缝涂布工艺制备，此外液晶面板的光学膜也使用狭缝涂布工艺制备，平板显示面板领域已有大面积使用狭缝涂布工艺的经验；(2) 锂电池的极片涂布是卷对卷工艺，将浆料快速均匀地涂覆在正负极集流体， 因为事关锂电池的容量、安全性等，因此对涂层的膜厚、均匀性、尺寸精度等要求均非常严格。因此，业界对狭缝涂布工艺在技术原理的掌握和应用经验上已较为成熟，更多在精度、设备控制、浆 料配方上追求精益求精，能够在钙钛矿膜层上沿用。大面积钙钛矿层的制备难点在于，没能达到实验室级别的均匀度。实验室通常采取旋涂法，利用旋转的离心力将膜厚制备均匀，形成高效率的小面积钙钛矿组件，但旋涂法的浆料使用率较低，大尺寸的生产成本较高，且不适宜产业化。目前换用高精度控制的狭缝涂布工艺，无法将膜层做到实验室里的均匀效果，而且尺寸放大后容易形成凹凸不平的表面、内部含气泡等，因此大面积钙钛矿组件的难度更多在于工艺而非设备，量产效率与实验室效果还有较大距离，也是业界积极突破的方向。
钙钛矿企业主要选择狭缝涂布工艺路线。我们对国内部分领先钙钛矿企业的公开专利进行统计，在钙钛矿层制备工艺的选择上，主要是狭缝涂布和蒸镀 PVD，而协鑫光电、纤纳光电等在刮涂、喷涂上也有尝试布局，此外 CVD、丝网印刷工艺属于少数选择方向。
国产 PVD 设备商率先受益。尽管产业实验室、科研院所前期主要使用进口设备进行研发，而根据已公开信息，目前国内部分含钙钛矿用 PVD 的设备商已进入出货验证或完成验证阶段，如(1)捷佳伟创向某领先钙钛矿厂商出货了―立式反应式等离子体镀膜设备”(RPD)，并于 22/07 再次中标量产型 RPD 订单；(2)京山轻机旗下晟成光伏的团簇型多腔式蒸镀设备已量产，并成功应用于多个客户端；(3)众 能光电截至 21 年底的钙钛矿 PVD 设备出货量达 30 台套；(4)湖南红太阳的首台钙钛矿电池用 PVD 及 ALD 镀膜设备发货，成功中标龙头客户钙钛矿电池项目。(5)合肥欣奕华的蒸镀事业部有对真空蒸发法制备钙钛矿电池薄膜的研究。其中，不乏有已在 HJT 布局有 PVD 的捷佳伟创、湖南红太阳等，随着钙钛矿产线的逐步落地，国产设备商有望持续受益。
P1-P4 层：主要使用激光刻蚀设备，国产激光设备商跃跃欲试
P1-P3 用激光划刻，P4 用激光清边。钙钛矿用激光设备主要使用纳秒/皮秒/飞秒脉宽等波段的绿光激光或红外光纤光源进行刻蚀划线，被切割处很快被加热至汽化温度蒸发形成线槽，目的是阻断电流导通，形成多个单独的电池模块，串联电池，增大电压。激光刻蚀激光的工艺精度、对薄膜材料的损伤、缺陷控制、刻划断面的粗糙度均对电池效率、寿命具有重大影响。
国产激光设备商早已布局，竞争较活跃。国产激光设备商在钙钛矿领域早有技术布局，如(1)众能光电截至 21 年底已出货钙钛矿激光划线刻蚀设备 50 台套；(2)大族激光表示其钙钛矿激光刻划设备在 2015 年已实现量产销售，并和相关客户一直保持合作关系；(3)杰普特与大正微纳科技共同研发出柔性钙钛矿激光膜切设备，通过验收并正式投入生产使用。而传统光伏设备商也积极布局钙钛矿用激光设备，如(4)迈为股份 2021 年为客户定制的单结大面积钙钛矿电池激光设备已交付，钙钛矿设备仍处于研发阶段；(5)帝尔激光公告将交付用于钙钛矿电池的激光设备，应用于 TCO 层、钙钛矿层、电极层。国内钙钛矿激光设备的参与者较多，已有众能光电、杰普特等步入商业化阶段的国产设备商。
封装：决定钙钛矿电池的稳定性和寿命
主要有 2 代封装技术。钙钛矿电池的各功能膜层材料，对暴露大气中的水蒸气、氧气、紫外光、压力等比较敏感，钙钛矿材料很快分解，同时组成钙钛矿晶体的有机小分子会从晶体逃逸，引发钙钛矿晶体的分解，使用寿命比设计值要低得多，因此封装工艺能够将钙钛矿组件与大气环境隔离，防止被杂质污染和腐蚀，是提升钙钛矿组件使用寿命的关键环节。据长光所 Light 中心介绍，目前主要有 2 代封装工艺：一代：通过蒸发金属喷射器和焊接金属带，将电流从电池传导到外部，并将金属带的边缘密封，器件位于封闭空腔中心。二代：利用透明 ITO 电极将钙钛矿与金属电极分离，确保电极与钙钛矿组件之间有间隙，而直接利用 ITO 电极进行封装，对钙钛矿组件的密封效果更佳。
钙钛矿电池封装涉及 PVD、CVD、层压机等设备。据协鑫光电公开的某类实用新型专利显示，其钙钛矿电池的封装工艺包括两个封装层工序，(1)第一封装层由致密的金属化合物组成，包括阻挡氧气、钙钛矿电池挥发的有机小分子等的水气阻隔层，均匀覆盖在钙钛矿太阳能电池表面，厚度在纳米级；第一封装层可采用 CVD、PVD、ALD 中任意一种方式。(2)第二封装层采用热熔胶膜，包括 EVA 膜或 POE 膜，厚度为微米或毫米级；第二封装层可采用成熟的晶硅组件封装方式，但封装核心在于热熔胶膜的适用温度，由于市场上的 EVA 膜配方更多适用于晶硅光伏组件，使用温度在 130-150 ° C，对于钙钛矿材料而言温度过高，容易挥发的有机小分子在真空和加热的双重作用下更容易脱离晶体结构，降低钙钛矿层的活性，而降低温度又会弱化封装效果。(3)背板与第二封装层相连；采用层压机。
国产设备商蓄势待发，静待技术进步推动产线规划落地
国产设备商具备提供定制化钙钛矿设备的能力，竞争格局未定型。从不同膜层所需设备来看，(1)激光设备为通用性较高的设备，其他电池技术路线的激光设备较容易复用到钙钛矿电池上，便于国产激光设备商布局。(2)PVD 有较多设备商布局，竞争多样化，其中金属电极层的蒸镀设备技术难度可控，有布局真空技术的厂商也较容易进入；RPD 的技术难度与 PVD 相当，但受限于日本住友的专利 垄断且成本较高，目前仅捷佳伟创拥有技术专利授权。在建立中试线初期，为保证钙钛矿产成品与设计性能/稳定性一致的情况下，(3)涂布机更多使用 nTact 和东丽工程等进口设备，国内已有上海德 沪涂膜等领军企业。(4)封装环节国内已有弗斯迈等合作企业，晶硅光伏组件领域的成熟封装设备商也有望受益。
钙钛矿：产业化潜质？以史为鉴，期待未来的 3-5 年
复盘历史，光伏市场需求由政策驱动向市场驱动转型，实现外驱向内驱发展
(1). 政策驱动期：国内 PERC 产能、光伏装机量高速发展。在 PERC 发展初期，国外主导核心技术和产能，而国内光伏产业的发展，主要受欧美市场需求驱动。2012 年，在欧债危机和“双反” 调查的影响下，全球光伏产业陷入低谷，同年，国家“863‖专项启动，对 PERC 电池效率、量产规模等作出指示，标志国内 PERC 正式进入产业化阶段。2013-2014 年，为应对光伏产业发展初期的高成本，国家推出多项补贴政策扶持企业，吸引大批新兴参与者布局，光伏需求回暖。2015 年，在 “光伏领跑者计划”刺激下，积极推动技术转型，财政支持先进技术研发，PERC 产能全球领先。2016-2017 年，“十三五”规划刺激下，抢装潮迅速推高需求节奏，同时产能超预期扩张，供需关系偏向过剩，同期 HJT、TOPCon、钙钛矿等开始出现中试线。PERC 发展初期多受政策驱动，国内厂商主要引进国外成熟先进技术和设备，主要是产业规模化趋势，而产能扩张后周期中，叠加电池技术进步，促进新旧产能替换、新技术的萌芽。
(2). 市场驱动期：补贴退潮，“平价上网”造就光伏产业第二增长曲线。2018 年，“531‖新政明确光伏产业“平价上网”，政策扶持收紧、补贴退坡，光伏企业加速技术革新，加速落后产能和 技术出局，光伏产业由规模化向高质量、高效益发展，“降本增效”兴起，技术呈多元化“萌芽期”。2019-2020 年，平价上网临近，光伏技术多点突破，其中 HJT 产能出现大规模规划并有更多中试产线开工。随着硅料、辅材、设备等技术迭代，PERC 电池成本优势显现，进入爆发式发展阶段。2021 年至今，PERC 持续扩张，N 型技术效率提升凸显性价比，N 型路线投产开始白热化，加速进入商业化，TOPCon 投建积极，HJT 逐步发力，钙钛矿技术突破并出现小规模投产探路。在碳中和、节能减排的全球共识下，光伏需求迅速攀升，产业受资本市场关注度攀升。
借鉴 PERC、异质结电池量产进程，钙钛矿处于商业化前瞻阶段
参考 PERC 电池发展历程，钙钛矿电池处于“试产期”。PERC 电池发展至今有 3 个重要时间节点：2012 年，晶澳科技首先进行 PERC 电池小批量试产，效率达到 20.3%；2015 年，PERC 电池量产平均效率超 BSF 电池技术瓶颈，头部企业实现批量化稳定生产，产能首次达到世界首位，次年正式开启产业化量产；2017 年，PERC 电池进入爆发期，成为国内最主流的光伏电池技术，高利润驱动产能高速扩张，至 2019 年市场份额达到国内第一，核心设备脱离对国外技术的依赖，实现国产替代。而目前，钙钛矿太阳能电池企业仍处布局、投产中试线和产能规划阶段，参考 PERC 电池头部企业晶澳科技，自试产至规模化量产大约需要 3 年时间。叠加 PERC 电池核心设备实现国产替代时间，实现规模量产大约还需要 5 年时间，但钙钛矿设备相较 PERC 时代的国产自主可控程度更高，时间有望缩至 3-5 年。对标 3 年前异质结电池进程，钙钛矿电池或等待 3 年进入量产。异质结电池起步略早于钙钛矿电池， 国内厂商中，晋能科技首先于 2017 年布局并投产 100MW 异质结中试线，次年，中智电力、钧石能源、 国家电投等企业跟进布局。随着先发企业的试产成功，2019-2020 年，通威股份、爱康科技等 20 余家企业宣布总计超 52GW 产能规划，部分企业启动 GW 级异质结产线。2021 年，异质结电池已建产能 超 5GW，量产平均效率超 24%。截止目前，异质结电池产能规划规模已超 190GW，降本路径清晰，有望进入下一发展阶段。从产能进程角度来看，钙钛矿太阳能电池目前仍处于试产筹备阶段。2020-2021 年，协鑫光电、纤纳光电等头部企业已投产百兆瓦级钙钛矿中试线，2022 年，宁德时代、 仁烁光能等跟进启动中试线。目前钙钛矿参与企业少、规模小，与 2018-2019 年的异质结电池产业化 进展较相似，至今间隔约 3 年实现规模量产，因此对标异质结电池的发展历史，叠加海内外光伏装机需求持续旺盛，或留给新技术更多的验证窗口，进入规模量产阶段仍可期待 3 年时间。
国内钙钛矿的技术储备丰富，产学研联动，逐步开启商业化探路
薄膜电池里面为什么看好钙钛矿？经济性高于其他薄膜电池，学术/产业界推动钙钛矿电池研究。以 CIGS 薄膜电池为例，2015 年凯盛科技在蚌埠投资 100 亿元建设 1.5GW 量产线，2017 年杭州锦江集团 斥资 12 亿元建设 150MW 量产线，均远高于纤纳光电对钙钛矿电池约 11 亿/GW 的单位投资，同样砷化镓、碲化镉等薄膜电池成本也显著高于钙钛矿电池。钙钛矿的经济性优势，极大推动产业和科研 院所布局，根据智慧芽专利数据库对 “钙钛矿+太阳能/光伏”的有效或审查中专利的检索，国内领先企业为纤纳光电，拥有 100+个相关专利，协鑫、隆基、天合、通威等头部企业也纷纷抢占研发先 机。领先科研院所为中科院体系内各研究所，专利个数高达 240 个，苏州大学、电子科技大学等院 校在钙钛矿电池的实验室研究也走在前列。
钙钛矿-晶硅叠层电池为主要研发方向，HJT+钙钛矿叠层产业化前景可期。在智慧芽数据库约 180 篇钙钛矿叠层电池专利中，70%是钙钛矿叠晶硅电池，以研究不同结构、材料、制备方法提升电池效率、稳定性，便于工业化生产为主。而其中又有约 1/3 的专利为异质结钙钛矿叠层，其余部分由未限定晶硅电池类型和少量的 PERC+TOPCon 构成。HJT 电池对短波段的光吸收较差，与钙钛矿叠层效率会有更大提升，且有天然的复合层，结构上更适合叠层电池。HJT+钙钛矿叠层产业化进度最快的为华晟新能源，已完成 HJT+钙钛矿叠层中试线并实现 M6 大面积钙钛矿叠层制备，协鑫光电以及隆基、通威、爱旭、阿特斯等头部企业各自有相关专利布局，纤纳光电曾在 2021 年底与三峡科研院联合开发 PERC+钙钛矿四端子叠层组件，效率达 26.63%，但在 HJT 叠层上还未公布相关动作。
钙钛矿产业开启商业化探路，规划产能合计超 27GW。尽管瑞士洛桑联邦理工学院 EPFL、牛津光伏、 日本松下集团等海外机构的研发成果领先，但国内钙钛矿的技术转化速度领先，且技术储备和资本等因素都具备的情况下，钙钛矿产业化可以迅速实现从 0 到 1 的飞跃。协鑫光电、纤纳光电和极电光能等头部厂商已接近或开启商业化探路阶段。
协鑫光电：最早聚焦于钙钛矿的团队，腾讯创投和宁德时代参股，实现 45*65cm 尺寸 17%的实验室效率，拥有 43 项授权和审查中的发明专利及 35 项实用新型专利，100MW 量产线 22 年投产。
纤纳光电：与协鑫光电有着类似的发展路径，产业化进度最快，在 2022 年 7 月实现 alpha 组件量产并出货给地面光伏电站使用，实现了全球首款钙钛矿组件商业化应用，开启商业化探路。
极电光能：背靠长城控股集团，预计年内完成 150MW 试制线，进度追平协鑫光电。
钙钛矿：需求预期？设备先行，展望百亿元设备市场
测算一、按照现有钙钛矿组件产能规划落地节奏进行测算：2027 年或合计达百亿元设备市场。按照协鑫光电、纤纳光电、极电光能等 11 家公告有确切产能规划的厂商进行落地节奏测算，同时按照纤纳光电、极电光能、鑫磊半导等产线的平均单 GW 投资额为对标参照，估算单 GW 的钙钛矿设备投 资额在 8 亿元左右，2022-2027 年有望合计新增落地产能达到 16GW，对应 108 亿元的钙钛矿设备市场。
测算二、按照钙钛矿组件占据分布式光伏市场份额的逻辑测算：2029 年或合计达百亿元设备市场。光伏装机增量能见度较高，新技术或赢取验证窗口。据国家能源局数据显示，2022 上半年国内的光 伏新增装机 30.88GW，同比+137.4%；光伏产品出口总额约 259 亿美元，同比+113%。同时受益于欧美、印度、巴西等海外市场的光伏需求持续上调，海内外装机给予国内光伏厂商较大的增量窗口，同时 有望向新技术提供验证窗口。中期来看，“双碳”政策背景下，据国内各省/市/区的“十四五”能源规划目标，到 2025 年的光伏新增装机量达 475GW 以上（分布式+集中式等）。在“十四五”庞大的光伏装机规划下，钙钛矿的产线投建有望获得产品验证机会，并取得一定份额。钙钛矿组件已送往工商业分布式钙钛矿电站、手机/平板电脑等分布式应用场景。(1)据钙钛矿光伏领军企业纤纳光电首批α组件的发货仪式，其首次发货的 5000 片将用于省内工商业分布式钙钛矿电站。(2)而大正微纳的柔性钙钛矿组件已获得国内一线手机厂的测试订单，且与国家能源集团签订试点项 目并和镇江谏壁电厂签订合作协议。钙钛矿在分布式“光伏+‖应用方面获得下游应用端的验证，符合钙钛矿组件的特定场景驱动需求。
假设分布式光伏的市场占比在 55%以上。据国家能源局，2022 年 1-6 月国内光伏新增 30.88GW，其中分布式占比 63%。相比 2021 全年的分布式光伏占比 53%提升 10 个百分点，随着全国疫情防控逐步改善，下游集中式光伏装机节奏或步向正常化甚至加速，而分布式光伏频获政策支持推动，我们预估分布式光伏占比在 55%以上的常态化水平。同时预计 2030 年钙钛矿组件能占据分布式市场的 10%。
测算三：按下游“光伏+”分布式应用市场空间测算，2025 年将迎来 120+亿元钙钛矿设备市场。(1)钙钛矿组件优先聚焦 BIPV 和 BAPV 市场。需求端方面，钙钛矿组件的颜色可调、可柔性，适用在 BIPV 上；据 2022 年 7 月住建部发布《关于城乡建设领域碳达峰实施方案的通知》，到 2025 年新建公共机构建筑、新建厂房屋顶光伏覆盖率力争达到 50%，BAPV 将提供较大的发展空间。供应端方面， 纤纳光电已出货 5000 片钙钛矿组件用于工商业分布式光伏，极电光能计划建设全球首条 GW 级钙钛矿组件及 BIPV 产品生产线，BIPV 工程相关公司杭萧钢构计划 2022 年底投产异质结/钙钛矿叠层电池中试线。未来 BIPV 和 BAPV 市场的爆发是钙钛矿电池需求端的重要驱动因素。
(2)新能源车顶将是钙钛矿电池应用新方向，车企入局市场空间广。轻薄柔性的钙钛矿电池安装在汽车顶，利用太阳能为汽车电池补充电量。钙钛矿头部厂商极电光能即为长城控股投资设立；2022 年 6 月韩国现代汽车集团与 UNIST 的研究团队共同开发新型钙钛矿太阳能电池，现代还曾推出搭载硅太 阳能电池板的车顶，但在载重量和效率没有改善的情况下，其应用进展缓慢，相比之下钙钛矿更轻薄，需要攻克的是效率和寿命问题；宁德时代为许多新能源汽车的锂电池供应商，2022 年 5 月参与协鑫光电 B 轮融资，且正在搭建自己的钙钛矿中试线。据中国汽车工业协会，2021 年我国新能源汽车销量 352.1 万辆，同比增长 157.6%，这个万亿市场未来仍有倍数级增长空间，若能证明钙钛矿电池用于汽车顶的实用性，将会大大催化钙钛矿产业化加速。
假设：1. 房屋竣工面积每年保持稳定，增长率在-2%-2%之间；2. 房屋分为住宅和工商业及其他建筑，假设二者比例保持为 2021 年的 66%和 34%。（光伏可应用部分分为住宅屋顶、工商业及其他建筑屋顶、工商业及其他建筑外墙；） 3. 假设屋顶面积 = 竣工面积/建筑层数，设定住宅平均层数为 6，工商业及其他建筑平均层数为 2；4. 假设建筑外墙 + 窗户的面积 = 工商业及其他建筑竣工面积 * 40% 5. 按照住建部等对于光伏屋顶的激励政策，假设住宅屋顶光伏建筑覆盖率从 1%逐渐增长到 2030 年的 50%，工商业及其他建筑屋顶光伏建筑覆盖率从 5%逐渐增长到 2030 年的 80%，工商业及其 他建筑外墙光伏建筑覆盖率从 1%逐渐增长到 2030 年的 10%；6. 设定每平米装机规模约 200W；7. 2022-2030 全球新能源汽车增长率从 50%逐渐下降到 15%；8. 2022-2030 光伏车顶覆盖率从 0.1%增长到 20%；9. 平均每辆新能源汽车车顶可装机面积为 1 平米 200W；10. 目前钙钛矿产线投资额约 10 亿元/GW，假设设备投资占比 80%，随着量产成熟下降至 5 亿元。
西子洁能
余热锅炉领先企业，参股平台型钙钛矿设备公司
西子洁能以余热锅炉产品为核心，延伸节能环保设备和能源利用整体解决方案。公司原为杭锅股份，为客户提供余热锅炉、节能环保设备和能源利用整体解决方案。是我国规模最大、品种最全的余热锅炉研究、开发和制造基地，产品设计水平、制造工艺和市占率均位居行业前列，同时为余热利用设备标委会主任委员和秘书处单位，承担国家标准和行业标准的编制和修订，技术领先优势明显。21 年新增订单 90 亿元，同比+44.7%，其中近 40%为余热锅炉新增订单。鉴于国内工业余热资源丰富，而余热利用率不足 50%，在节能减排目标驱动下，公司紧抓传统余热锅炉升级改造、增量节能环保设备需求的机遇，有望推动余热锅炉订单持续增长。
入股平台型钙钛矿装备公司众能光电，布局光伏设备领域。西子洁能主要股东为西子电梯集团、金润香港和杭州市实业投资集团（杭州市国资委、浙江省财政厅控股），其全资子公司浙江国新投资 战略投资杭州众能光电并持有 10%股权。核心团队来源于清华大学和华中科技大学，专业从事钙钛矿太阳能光伏组件以及相关装备的研发和产业化，自成立以来已完成三次钙钛矿太阳能组件效率认证，达到国际先进水平，在建钙钛矿太阳能光伏组件生产线产能达到 200MW/年。截至 2021 年已对外销售刮涂/涂布一体机、磁控溅射、热蒸发镀、ALD 和激光刻蚀机等工艺单机以及钙钛矿光伏组件整线近 100 台套，市占率领跑行业。
费用率较低，研发投入持续增长。公司 2019-2021 管理费用率有一定增长，主要系工资薪金和差旅费增加。而销售费用率增长亦为公司增强产品销售能力所致。在研发上公司持续加大投入，余热锅炉产品总体技术水平在国内处于领先水平，研发人员和研发费用率均逐年上升。公司参与的盾构装备自主设计制造关键技术及产业化获国家科学技术进步奖一等奖；水泥窑纯低温余热发电成套工艺技术及装备获国家科学技术进步奖二等奖；自主研发了“适用于光热与储热系统的大功率熔盐吸热器 与熔盐蒸汽发生系统”并荣获国家能源领域首台（套）重大技术装备；与浙江大学、西南交通大学 共同研发新能源项目。
捷佳伟创
光伏电池设备：PERC+TOPCon+HJT+XBC+钙钛矿，布局多成长曲线
捷佳伟创引领光伏电池工艺设备，覆盖自动化配套设备，外延半导体领域。公司作为太阳能电池设备龙头，提供满足下游客户不同技术需求的设备解决方案，包括 PERC、TOPCon、HJT、HBC、IBC、 钙钛矿等。在 PERC、TOPCon、HJT 路线都具备整线设备交付能力，同时对新一代技术路线推出了具备降本/增效优势的差异化产品，TOPCon 路线核心设备 PE-Poly 和硼扩散设备已成功交付客户量产运行，有效提升效率和良率；HJT 路线管式 PECVD 已进入工艺匹配和量产化定型；钙钛矿用 RPD 已出机领先厂商并获得重复订单。除主营电池片设备，公司顺应产品技术发展路径向半导体设备领域延伸，全资子公司创微微电子自主开发了 6 寸、8 寸、12 寸湿法刻蚀清洗设备。公司围绕降本增效目标，在设备端通过研发创新不断推出适应于市场和客户需求的新产品。
获独家专利授权研发 RPD 设备，推进钙钛矿整线设备。2022 年 7 月，公司首台套量产型钙钛矿电池核心装备——“立式反应式等离子体镀膜设备” （RPD）通过厂内验收，发往钙钛矿产业化技术开发企业客户投入生产，并再次中标某领先公司的钙钛矿电池量产线镀膜设备订单。RPD 设备是钙钛矿电池制备的核心设备之一，公司 2018 年获得日本住友中国大陆地区唯一销售制造授权，并引进台湾博士技术团队，在原有住友技术上二次开发，具有多项自主知识产权和极高的技术壁垒。为进一步布局钙钛矿技术平台，捷佳伟创正在稳步研发钙钛矿整线设备。
成本管理能力优秀，积极铸造技术壁垒。公司 2017-2021 的期间费用率整体呈下降趋势，控费能力优秀，与主流的晶硅太阳能电池生产企业建立了长期合作关系，形成标准化、流程化的制造管理体系。公司每年投入约 5%的研发费用，研发人员数量增加至近 700 人。截止 2021 年底，公司已取得专利 428 项，其中发明专利 45 项。2021 年，公司获得“深圳市知识产权优势单位”、“广东省知识产权 示范企业”，一种低压扩散炉炉门封闭装臵获得“中国专利优秀奖”。由江苏大学、天合光能、常州大学和常州捷佳创协同创新、联合攻关的“高效低成本晶硅太阳能电池表界面制造关键技术及应用”项目荣获“国家技术发明奖二等奖”。
京山轻机
光伏组件+电池片装备驱动增长，传统瓦楞装备保持领先
聚焦于光伏和瓦楞包装两大领域。全资子公司晟成光伏深耕光伏行业智能化装备，由组件环节向上 延伸至电池片等环节，涵盖 HJT、TOPCon、钙钛矿多种技术路线，包括制绒、刻蚀等自动化设备和 清洗、蒸镀等工艺设备，业务覆盖隆基、晶科、晶澳等国内外所有主流光伏企业，出口 20 多个国家地区。此外，公司是国内最早从事智能瓦楞纸箱包装的设备商，产品线齐全，技术积淀深厚，建有国家级技术中心、湖北省包装机械工程中心、博士后科研工作站，产品服务覆盖 60 多个国家和地区，为全球超过 400 家客户服务。
绑定钙钛矿头部企业，率先出货钙钛矿蒸镀设备，研发 ALD 技术。2021 年初，晟成光伏投资 10 亿 新建智能装备制造中心，用于新增高端光伏组件设备生产线以及建立制备异质结和钙钛矿叠层电池核心设备研发机构，同年 5 月，与钙钛矿头部厂商协鑫光电签订“钙钛矿叠层电池技术合作开发协议”。经过长时间研发及实验数据验证，2022 年 6 月，晟成光伏钙钛矿电池团簇型多腔式蒸镀设备实现量产，并成功应用于多个客户端。该设备具备完全自主知识产权，是用于钙钛矿电池制备过程中钙钛矿材料及金属电极材料的蒸镀设备。2022 年 8 月，晟成光伏与华中科技大学签订战略合作协议共同开发 ALD 技术，可用于制备钙钛矿电池的 SnO2、TCO 等功能薄膜层。
杰 普 特
MOPA 激光器+激光设备制造商，定制交付全球首套柔性钙钛矿膜切设备
国产 MOPA 激光器+激光装备厂商，不断拓宽下游应用场景。公司主要产品为激光器+激光装备，下游应用于半导体、消费电子、锂电池和光伏领域。公司是中国首家商业化批量生产 MOPA 脉冲光纤激光器的厂商，2021 年为光伏领域客户研发出用于 PERC 开槽、硅片裂片和光伏玻璃钻孔的 MOPA 脉冲激光器，为新能源领域研发出适用于动力电池电芯制造的极片切割的 MOPA 脉冲激光器。在激光装备领域公司应用差异化竞争策略，研发出智能光谱检测机和激光调阻机，激光调阻机系列产品服务于风华高科、顺络电子、国巨股份等知名被动元器件厂家，全球市场占有率较高。2021 年激光器销量 3.3 万台，同比+63.14%；激光装备销量 789 台，同比+96.59%，业绩稳步增长。
领先布局钙钛矿激光设备，交付全球首套柔性钙钛矿膜切设备。2021 年 8 月，杰普特在柔性钙钛矿薄膜切割领域取得重大突破，为大正微纳定制的全球首套柔性钙钛矿膜切设备通过验收投入使用，生产效率和成品效果均达到预期，为柔性钙钛矿薄膜量产储备了技术经验和工艺基础。大正微纳是国内柔性钙钛矿薄膜太阳能电池精密制造的领军企业，首席科学家宫坂力教授为钙钛矿太阳能电池的发明人，2022 年 7 月实现量产 40cm*60cm 柔性钙钛矿组件，承诺效率 21%。杰普特在第三代光伏激光设备研发中占得先机，有望取得更大的市场发展空间。
费用率保持稳定，研发投入加大。公司 2019-2021 的期间费用率整体较为稳定，研发费用率 2017-2021 增长近 5 个百分点，研发人员数量增加至 622 人。截止 2021 年底，公司共获得知识产权 422 项，其中发明专利 65 项、实用新型专利 228 项。在核心产品 MOPA 激光器上不断提升工艺水平，提高功率降低成本；在激光设备上开发了高功率蓝激光焊接高反材料工艺，国内首次将蓝激光焊接紫铜及铜合金工艺导入被动元件行业，生产效率提升 5 倍；研发了标准焊接机、电感绕线设备、电感剥漆设备、VR/AR 眼镜模组测试机等一系列高端装备。
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