钙钛矿最新市场进展及预测：电池及设备市场空间几何？

DT半导体材料 2022-12-01 20:36 1569浏览 0评论 0点赞

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摘要

钙钛矿太阳能电池：钙钛矿太阳能电池，采用具有钙钛矿晶体结构的有机无机杂化的金属卤化物作为吸光层。钙钛矿指代一大类具有与此类矿物相同晶体结构的化合物，把结构与之类似的晶体统称为钙钛矿物质。其化学成分简写为AMX3，其中A通常代表有机分子，M代表金属（如铅或锡），X代表卤素（如碘或氯）。截止2022年8月公开发表的单结钙钛矿太阳能电池世界最高光电转换效率已达到25.6％，钙钛矿与晶硅叠层电池的效率已经超过30%。

增效：在理论极限上，晶硅太阳能电池、PERC单晶硅电池、HJT电池、TOPCon电池的极限转换效率为29.40%、24.50%、27.50%、28.70%。单结钙钛矿电池理论最高转换效率达31%，多结电池理论效率达45%。
降本：1）制备成本方面，硅料价格的持续上涨使得下游电池和组件厂商利润承压均出现一定程度的下滑。而PSCs制作过程无需硅料，制作金属卤化物钙钛矿所需原材料储量丰富，价格低廉，且前驱液的配制不涉及任何复杂工艺。2）设备投资额方面，钙钛矿实现1GW产能需要的投资金额约为5亿元左右，是晶硅的1/2左右，比起投资更高的第二代GaAs薄膜太阳能电池，成本更是只有1/10。

钙钛矿电池：设备市场空间几何？

协鑫光电、纤纳光电、极电光能、无限光能、仁烁光能、万度光能、大正微纳、众能光电、合特光电、金昌鑫磊鑫半导体、宁德时代等均在布局钙钛矿相关产能。我们统计测算得到，22/26年钙钛矿组件产能预计分别为0.87GW/24GW，2023年有望形成＞1GW钙钛矿组件产能。
2026年钙钛矿电池组件产能约24GW，其中BIPV用钙钛矿电池约15GW，对应市场规模409亿。

建议关注：钙钛矿设备：捷佳伟创、京山轻机、帝尔激光、杰普特等。

风险提示：光伏装机不及预期；电池片技术路径变化风险；钙钛矿电池量产速度低于预期等。

正文

1.钙钛矿电池制备：PVD设备→涂布设备→激光设备→封装设备

1.1 钙钛矿电池制备

从协鑫光电公布的工艺流程图上看，整个工艺需要9步，主要设备包括PVD设备、涂布设备、激光设备。

其中，涂布设备难度更大。因为钙钛矿是把卤化物溶液涂在玻璃或者是硅片上，溶液结晶，形成光伏的吸光材料；目前没有任何的生产活动，需要这样的结晶工艺。PVD设备不仅应用在钙钛矿电池，晶硅电池的生产也需要，其他的行业生产也有可能会用到PVD技术。激光设备需求更为明确。

1.2.1钙钛矿电池制备：镀膜设备

镀膜设备：用于制备阳极缓冲层、阴极缓冲层、背电极。国内钙钛矿电池镀膜设备商如下：

1.2.2 钙钛矿电池制备：涂布设备

涂布设备：主要用于制作钙钛矿吸光层。其中狭缝涂布作为一种精密的涂布技术，其工作原理是涂布液在一定压力一定流量下沿着涂布模具的缝隙挤压喷出而转移到基材上。相比其它涂布方式，具有很多优点，如涂布速度快、精度高、湿厚均匀等；由于涂布系统封闭，在涂布过程中能防止污染物进入，浆料利用率高、能够保持浆料性质稳定，可同时进行多层涂布。国内钙钛矿电池涂布设备商主要如下：

1.2.3钙钛矿电池制备：激光设备

激光设备：激光刻蚀机在钙钛矿太阳能电池中的作用是对P1、P2、P3进行激光划线，阻断导通，从而形成单独的模块，其中一般理解为P1为FTO导电玻璃，P2为ITO或钙钛矿层，P3为镀金材料或镀银材料，也有一些项目组采用碳粉材料。国内钙钛矿电池激光设备商主要如下：

1.2.4钙钛矿电池制备：封装设备

封装设备：封装层压成光伏组件的关键设备。

目前，常见的钙钛矿太阳能的电池封装技术有两种：第一种封装技术是使用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。第二种封装技术是利用透明的ITO电极将钙钛矿与金属电极分离，确保电极与PSCs之间有一定的横向间隙，封装的一边直接是ITO电极，进而可以更好的密封整个器件。这两种都是“封边”式封装技术。

国内钙钛矿电池封装设备商主要如下：

2. 市场空间测算：2026年钙钛矿电池组件产能约24GW，其中BIPV用钙钛矿电池约15GW，对应市场规模409亿

2.1 钙钛矿电池应用：2026年BIPV用钙钛矿电池市场空间约265.25亿

假设22年-26年建筑业房屋竣工面积增速为2%/3%/1%/1%/1%，
根据2021年全国建筑业企业房屋竣工面积构成占比计算不同类型建筑的房屋竣工面积；假设住宅房屋、厂房及建筑物、公共机构建筑的容积率分别为2/0.7/1，幕墙立面面积为竣工面积的17.92%，据此计算各种建筑类型的光伏可安装面积；
假设22年-26年各建筑类型光伏覆盖率逐年提升，并假定每平方瓦数为200w/平方米；假设每瓦单价以每年7%的速率下降；
我们预计22年-26年钙钛矿电池在BIPV领域的市场规模为12/30/108/178/409亿。

2.2 钙钛矿电池市场规模：自下而上梳理

根据各家已公开钙钛矿产能情况，统计下表：

根据各家已公开钙钛矿产能规划情况，预测如下：

2022年钙钛矿组件产能约为0.87GW，2023年钙钛矿组件产能有望＞1GW，我们测算2026年钙钛矿组件产能预计24GW。假设22/26年钙钛矿设备单GW投资额分别为15/7亿，对应市场规模为13/168亿。

3. 投资建议

目前，国内钙钛矿电池厂商包括专攻钙钛矿领域的极电光能、合特光电、无限光能等，传统电池片厂商布局钙钛矿领域的有东方日升、泰州锦能，跨界布局的有宁德时代等。

钙钛矿设备呈现持续出货的态势，包括捷佳伟创、京山轻机控股的晟成光伏、帝尔激光、迈为股份等，技术迭代带来了设备公司的发展机遇，多家布局钙钛矿较早的主流设备厂商今年以来陆续发运设备，应用于钙钛矿电池产线，产业端布局初现，行业热度再次被点燃。

2020年爱旭股份注册一种大面积钙钛矿太阳能电池及制备方法专利；

晟成光伏的团簇型多腔式蒸镀设备，具备完全自主知识产权，设备整体配置上料腔、传输腔及工艺腔，传输腔内配置有自主开发的真空机械手臂，用于实现各腔室间的基材传输，工艺腔可蒸镀多样性的钙钛矿材料。目前PVD镀膜设备占钙钛矿整线的价值比例大概在50%左右。目前主要开发的设备还有真空干燥设备和前段的清洗设备。

钙钛矿电池所需的材料包括封装材料和电极材料，其中TCO玻璃是最核心的材料，从成本构成来看，玻璃及其他封装材料占比32%；电极材料（靶材）占比约37%。TCO玻璃即透明导电氧化物镀膜玻璃，通过在平板玻璃表面镀上一层透明的导电氧化薄膜，使得玻璃具有透光和导电的作用，从而能够有效地收集光生载流子，而不能引入不必要的串联电阻，其膜材料主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料。