資本熱捧、產(chǎn)線落地……鈣鈦礦即將成為新一代光伏電池革命的引領(lǐng)者？
(相關(guān)資料圖)
這個誕生于2009年的新技術(shù)，僅用十年時間就完成了從技術(shù)發(fā)現(xiàn)到實驗室轉(zhuǎn)換效率突破25%的“壯舉”，而晶體硅電池則用了足足六十余年。
鈣鈦礦的高速發(fā)展讓市場看到了下一代光伏技術(shù)的肇始，眾多資本爭相涌入這一新賽道。據(jù)不完全統(tǒng)計，2021年鈣鈦礦光伏領(lǐng)域至少吸引了85億元投資。到了2022年,淡馬錫投資、紅杉中國、IDG資本、招銀國際等對協(xié)鑫光電、纖納光電等鈣鈦礦企業(yè)的投資也仍未停止，相關(guān)企業(yè)投后估值已超百億。
在此背景下，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展也迎來了明顯加速。協(xié)鑫光電、纖納光電、極電光能的100MW、100MW、150MW鈣鈦礦生產(chǎn)線已正式運行，GW級產(chǎn)線均在規(guī)劃中，最快將于2023年下半年投產(chǎn)。
本報告將通過梳理鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈，詳細(xì)闡述鈣鈦礦生產(chǎn)領(lǐng)域所涉設(shè)備、材料的種類和性能，組件的不同類別、技術(shù)優(yōu)缺點及產(chǎn)業(yè)化趨勢。同時，報告也將剖析鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化當(dāng)下面臨的主要問題，以及各環(huán)節(jié)主要廠商的布局和最新技術(shù)進(jìn)展。
全文篇幅較長，主要從以下方面展開：
1.鈣鈦礦電池簡介
1.1 鈣鈦礦獨具四大優(yōu)勢
1.2 資本密集布局，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提速
2.鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈之設(shè)備
2.1 鍍膜設(shè)備價值量占比高
2.2 激光設(shè)備需求不斷增長
3.鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈之材料
3.1材料體系尚未定型，不同膜層均有多種選擇
3.2 TCO玻璃是最核心材料
4.鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈之組件
4.1單結(jié)電池結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換效率仍有提升空間
4.2疊層電池轉(zhuǎn)換效率高，但多處于試驗階段
5.鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化難題
5.1大面積組件光電轉(zhuǎn)換效率低
5.2組件穩(wěn)定性差
5.3結(jié)晶工藝存不確定性
6.結(jié)語
1.鈣鈦礦電池簡介
1.1鈣鈦礦電池獨具四大優(yōu)勢
根據(jù)不同的技術(shù)路線，太陽能電池可大致分為晶硅電池、薄膜電池、鈣鈦礦電池等。
對于光伏電池各個技術(shù)路線而言，轉(zhuǎn)換效率的高低決定了其未來的發(fā)展?jié)摿ΑＯ啾容^晶硅而言，鈣鈦礦具備三大核心優(yōu)勢：光電特性非常好、原材料豐富且易于合成、生產(chǎn)工藝流程短。
資料顯示，單結(jié)晶硅電池的理論極限效率約為29%，從實際情況來看，目前晶科能源182TOPCon電池轉(zhuǎn)換效率約為26.4%；隆基綠能的P型HJT電池、無銦HJT電池目前的最高轉(zhuǎn)換效率則達(dá)到26.56%、26.09%。
而鈣鈦光伏電池的單結(jié)理論效率可達(dá)31%；鈣鈦礦疊層電池，包括晶硅/鈣鈦礦的雙結(jié)疊層轉(zhuǎn)換效率可達(dá)35%，鈣鈦礦三結(jié)層電池理論效率可達(dá)45%以上，因此被業(yè)內(nèi)認(rèn)為有望成為下一代主流光伏技術(shù)。
制備成本方面，硅料價格的持續(xù)上漲使得下游電池和組件廠商利潤承壓均出現(xiàn)一定程度的下滑。而PSCs制作過程無需硅料，制作金屬鹵化物鈣鈦礦所需原材料儲量豐富，價格低廉，且前驅(qū)液的配制不涉及任何復(fù)雜工藝，對純度要求不高，后續(xù)組件對加工環(huán)境要求也不高，組件生產(chǎn)過程不需要晶硅電池的千度左右的加工溫度，在生產(chǎn)過程中的能耗比較低，多數(shù)環(huán)節(jié)也不需要真空環(huán)境。目前，鈣鈦礦組件成本結(jié)構(gòu)占比最多的是電極材料，達(dá)37%，鈣鈦礦自身材料成本占比僅為5%，鈣鈦礦組件未來仍有較大的降本空間。
設(shè)備投資方面，晶硅電池在四個不同工廠內(nèi)分別加工硅料、硅片、電池、組件，此過程需要至少耗時3天，而PSCs的生產(chǎn)流程簡單，可在45分鐘內(nèi)將玻璃、膠膜、靶材、化工原料在單一工廠內(nèi)加工成為組件，產(chǎn)業(yè)鏈顯著縮短，價值高度集中。
立鼎產(chǎn)業(yè)研究統(tǒng)計了纖納光電、協(xié)鑫納米、牛津光伏等三家公司公布的數(shù)據(jù)，以達(dá)到1GW產(chǎn)能需要的投資金額來對比，晶硅的硅料、硅片、電池、組件全部加起來，需要大約9億-10億元的投資規(guī)模，而鈣鈦礦實現(xiàn)1 GW產(chǎn)能需要的投資金額約為5億元左右，是晶硅的一半左右，比起投資更高的第二代GaAs薄膜太陽能電池，成本更是只有1/10。
1.2資本密集布局，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提速
2021年以來鈣鈦礦一級市場投資持續(xù)火熱，多方巨頭入場鈣鈦礦。除了騰訊、碧桂園等跨界入局之外，一眾專業(yè)投資機構(gòu)紛紛參與鈣鈦礦電池企業(yè)融資，如三峽資本領(lǐng)投纖納光電C 輪融資、凱輝能源基金領(lǐng)投協(xié)鑫光電過億融資、高瓴資本領(lǐng)投曜能科技數(shù)千萬A輪融資等。
“市場對鈣鈦礦技術(shù)的關(guān)注度越來越高，多方都愿意入股。2020年協(xié)鑫光電（協(xié)鑫集團控股子公司）尋找投資人時，還沒有這樣的關(guān)注度。” 協(xié)鑫光電董事長范斌稱。
新興企業(yè)的技術(shù)進(jìn)展不斷吸引眼球，包括極電光能、曜能科技、協(xié)鑫光電、纖納光電等；多家A股光伏龍頭企業(yè)也已開展布局，包括隆基綠能（601012.SH）、晶科能源（688223.SH）、通威股份（600438.SH）等。
盡管目前鈣鈦礦太陽能電池尚處于產(chǎn)業(yè)化早期，其配方、設(shè)備、工藝等仍處不斷迭代階段。但自2022年以來，鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程明顯加快。據(jù)業(yè)內(nèi)專家透露，極電光能2022年底150MW小線投產(chǎn)；杭州纖納光電投產(chǎn)100MW，協(xié)鑫光電、眾能光電、萬度光等多家企業(yè)搭建中試線，加速規(guī)模量產(chǎn)驗證進(jìn)程，多條百兆瓦產(chǎn)線、GW級產(chǎn)線規(guī)劃中。
中商產(chǎn)業(yè)研究院指出，2022年鈣鈦礦電池滲透率不足1%，2030年有望增長至30%。業(yè)內(nèi)公司對于鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化前景更為樂觀，在極電光能聯(lián)合創(chuàng)始人、總裁于振瑞看來，“2023年，鈣鈦礦光伏產(chǎn)品將在各種場景下得到應(yīng)用，預(yù)計各類BIPV、分布式光伏等項目上都能看到鈣鈦礦光伏產(chǎn)品的身影。”
中金公司研究預(yù)計，2023年鈣鈦礦行業(yè)中試線擴產(chǎn)規(guī)模或達(dá)1000-1200MW，同比2022年的350MW增長接近兩倍；2023年上半年協(xié)鑫光電、纖納光電、極電光能或率先啟動行業(yè)首批GW級產(chǎn)能的建設(shè)和招標(biāo)活動；且2023年至2024年，預(yù)計各家一級市場鈣鈦礦公司融資輪次有望繼續(xù)向前推進(jìn)。
中金公司稱，鈣鈦礦已經(jīng)邁過從0-1的階段，即將迎來從1-N的全新階段。
2.鈣鈦礦電池之設(shè)備
基于當(dāng)前企業(yè)的產(chǎn)能規(guī)劃，中金公司預(yù)計2026年鈣鈦礦電池國內(nèi)總產(chǎn)能突破25GW，預(yù)計鈣鈦礦電池制造行業(yè)、設(shè)備行業(yè)2026年產(chǎn)值有望分別突破400億元、100億元。
而浙商證券對2020-2030年鈣鈦礦太陽能電池市場空間進(jìn)行測算更為樂觀，假設(shè)10年間鈣鈦礦電池滲透率從0增長至30%，至2030年，鈣鈦礦設(shè)備市場空間有望達(dá)到836億元。
鈣鈦礦電池的核心設(shè)備包括鍍膜設(shè)備、激光設(shè)備、層壓設(shè)備，并輔以清洗、干燥及各類自動化設(shè)備，相較于晶硅電池由硅料、硅片、電池廠、組件的多廠組合生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，鈣鈦礦電池由一條生產(chǎn)線即可組成生產(chǎn)線，實現(xiàn)生產(chǎn)成本的降低。
鍍膜設(shè)備（PVD設(shè)備）、涂布設(shè)備、激光設(shè)備、封裝設(shè)備為鈣鈦礦電
池制備四大設(shè)備。
據(jù)頭豹研究院汽車行業(yè)分析師鮑金玲介紹，PVD設(shè)備不僅應(yīng)用在鈣鈦礦電池，晶硅電池的生產(chǎn)也需要，其他的行業(yè)生產(chǎn)也有可能會用到PVD技術(shù)，目前PVD鍍膜設(shè)備占鈣鈦礦整線的價值比例大概在50%左右；激光設(shè)備精度要求高于傳統(tǒng)光伏、接近于半導(dǎo)體工藝，需求更為明確。
鮑金玲稱，四大設(shè)備中涂布設(shè)備難度更大，因為鈣鈦礦是把鹵化物溶液涂在玻璃或者硅片上，溶液結(jié)晶，形成光伏的吸光材料；由于目前沒有任何生產(chǎn)活動需要這樣的結(jié)晶工藝，因此需重新開發(fā)適合鈣鈦礦生產(chǎn)的薄膜設(shè)備，主要設(shè)備商是美國或日本、韓國企業(yè)，本土設(shè)備商主要有德滬涂膜（市占率約70%）、中能光電。
長江證券指出，當(dāng)前鈣鈦礦電池技術(shù)整體仍處于產(chǎn)業(yè)化初期，擴產(chǎn)規(guī)模較小。設(shè)備廠商提前與鈣鈦礦廠商進(jìn)行合作研發(fā)、驗證，將充分受益后續(xù)鈣鈦礦電池擴產(chǎn)放量。
2.1鍍膜設(shè)備價值量占比高
鍍膜設(shè)備（PVD設(shè)備）是鈣鈦礦電池核心設(shè)備，技術(shù)較為成熟，價值量占比高。
PVD（物理氣相沉積）設(shè)備并非新概念，其在半導(dǎo)體&HJT領(lǐng)域已有應(yīng)用，技術(shù)較為成熟。鈣鈦礦生產(chǎn)線中，PVD設(shè)備主要用途為給電子傳輸層、空穴傳輸層以及電極等進(jìn)行鍍膜，因此一條生產(chǎn)線可能需要多套設(shè)備，這使得目前PVD鍍膜設(shè)備占鈣鈦礦整線的價值比例高達(dá)50%左右。
根據(jù)具體工藝不同，PVD設(shè)備可分為蒸鍍設(shè)備、磁控濺射設(shè)備。此外，還有原理相近的日本住友開發(fā)的反應(yīng)等離子體鍍膜（RPD）設(shè)備。RPD的優(yōu)點是可以減少對鈣鈦礦電池的轟擊損害，有利于提高轉(zhuǎn)換效率和良率，缺點是設(shè)備的價格較為昂貴。
東吳證券電新首席證券分析師曾朵紅測算，百MW級鈣鈦礦產(chǎn)線的核心總投資額約1.2億元，其中鍍膜設(shè)備、激光設(shè)備、涂布設(shè)備、封裝設(shè)備投資比例為50%：25%：15%：10%。
具體來看，生產(chǎn)百MW級鈣鈦礦電池需要鍍膜設(shè)備3臺（2臺PVD，單價1000萬/臺；1臺PRD，單價2000萬/臺）、激光設(shè)備3-4臺(大多數(shù)4臺)，總價值量1000-1500萬；涂布設(shè)備單臺1000+萬/臺，濕法制備需2臺，鈣鈦礦層+鈍化層合計2000萬+；封裝設(shè)備1臺，單臺價值1200萬左右，連同后道設(shè)備價值量共3000萬元以上。
總的來說，鍍膜設(shè)備總投資額占比最高，未來鍍膜設(shè)備國產(chǎn)化是鈣鈦礦生產(chǎn)降本主要途徑，后續(xù)GW級設(shè)備投資預(yù)計為7億-8億元/GW。
鍍膜設(shè)備一般用于制備陽極緩沖層、陰極緩沖層、背電極。國內(nèi)主要鈣鈦礦電池鍍膜設(shè)備商如下：
京山輕機（000821.SZ）是目前上市公司中在鈣鈦礦設(shè)備領(lǐng)域布局較為全面的企業(yè)之一。
京山輕機全資子公司晟成光伏早在2021 年5 月與協(xié)鑫光電就鈣鈦礦疊層電池技術(shù)達(dá)成合作開發(fā)協(xié)議；2022 年6 月宣布鈣鈦礦電池團簇型多腔式蒸鍍設(shè)備現(xiàn)已量產(chǎn)。據(jù)晟成光伏內(nèi)部人士透露，公司推出的PVD濺射設(shè)備已成熟，蒸鍍設(shè)備也已實現(xiàn)多個客戶的出貨，此外公司與高校合作開發(fā)的空間式ALD設(shè)備正在客戶端驗證，該設(shè)備解決了傳統(tǒng)ALD設(shè)備效率低的問題，有望在電子傳輸層中實現(xiàn)應(yīng)用。
1月29日，京山輕機發(fā)布業(yè)績預(yù)告，預(yù)計2022年實現(xiàn)凈利2.8億-3.2億元，同比增長92%-119%。京山輕機稱，2022年晟成光伏新簽訂單數(shù)和年底在手訂單數(shù)、銷售收入和凈利均實現(xiàn)同比大幅增長。
浙商證券認(rèn)為，京山輕機布局PVD、ALD、團簇型多腔室蒸鍍設(shè)備、組件封裝設(shè)備等，已實現(xiàn)量產(chǎn)并成功應(yīng)用于多個客戶端，將具備鈣鈦礦電池整線設(shè)備交付能力，如保持先發(fā)優(yōu)勢、將充分受益鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化浪潮。
捷佳偉創(chuàng)（300724.SZ）此前在接受機構(gòu)調(diào)研時表示，公司重視鈣鈦礦技術(shù)，當(dāng)前行業(yè)量產(chǎn)比較少，主要在中試環(huán)節(jié)，核心設(shè)備公司都有相關(guān)技術(shù)儲備。鈣鈦礦整體技術(shù)路線、工藝路線多樣，有些成熟設(shè)備已經(jīng)得到下游客戶的認(rèn)可。公司2022年實現(xiàn)了PRD設(shè)備、蒸鍍設(shè)備訂單的落地，其中PRD設(shè)備進(jìn)展較快，客戶反饋良好。此外，公司鈣鈦礦整線設(shè)備的研發(fā)已完成，目前正在與下游客戶接洽溝通過程中。
2.2激光設(shè)備需求不斷增長
光伏產(chǎn)品對于光電轉(zhuǎn)換效率“錙銖必較”，激光可用于摻雜、開槽、轉(zhuǎn)印、無損劃片以及打孔技術(shù)等，能有效提高光電轉(zhuǎn)換效率，是光伏技術(shù)升級的必備“武器”。
據(jù)華安證券機械行業(yè)首席研究員張帆介紹，2021~2023年光伏用激光設(shè)備（不含組件環(huán)節(jié)及鈣鈦礦技術(shù)）市場總規(guī)模約83億元，2022、2023年市場總量22.46億、43.39億元（同比增長34%/93%)。隨著光伏N型電池片產(chǎn)能放量，且新技術(shù)不斷迭代，光伏激光設(shè)備需求不斷增長。
目前百兆瓦級別鈣鈦礦光伏產(chǎn)線中激光設(shè)備價值量約為1000萬元，鈣鈦礦產(chǎn)能提升將提高激光設(shè)備保持同一精度的難度，同時生產(chǎn)商的經(jīng)驗將隨著激光設(shè)備出貨量的提升而改善，國泰君安預(yù)計在這兩個因素的共同影響下GW級產(chǎn)線的激光設(shè)備價值量約為1億元/GW。
國泰君安資深分析師周天樂預(yù)計，激光設(shè)備作為標(biāo)準(zhǔn)配置，將伴隨鈣鈦礦產(chǎn)能快速擴張同步放量，預(yù)計2023-2026年國內(nèi)新增激光設(shè)備市場規(guī)模為 1.2億/4.8億/10億/15億元。
據(jù)悉，現(xiàn)階段鈣鈦礦激光設(shè)備尚未實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，各鈣鈦礦組件生產(chǎn)商均與上游激光企業(yè)開展合作共同研發(fā)激光設(shè)備，能夠快速推出滿足鈣鈦礦生產(chǎn)高精度要求的激光設(shè)備提供商將占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢。
A股公司中，帝爾激光（300776.SZ）主營應(yīng)用于光伏產(chǎn)業(yè)的精密激光加工設(shè)備。公司多項新技術(shù)實現(xiàn)突破，電池片方面，在IBC、TOPCon、HJT、鈣鈦礦等激光技術(shù)上，均有全新激光技術(shù)覆蓋；組件方面，公司在薄膜打孔、切割、激光無損劃片擁有相關(guān)技術(shù)儲備，其中激光無損劃片、疊瓦已有量產(chǎn)設(shè)備交付。據(jù)公司董秘劉志波介紹，鈣鈦礦的膜層往上依次為TCO層、鈣鈦礦層、電極層，公司激光產(chǎn)品在每一層都有相應(yīng)的應(yīng)用，同時，還可以考慮在邊絕緣上的應(yīng)用。
德龍激光（688170.SH）聚焦于半導(dǎo)體、光學(xué)、顯示及消費電子等領(lǐng)域的激光精細(xì)微加工設(shè)備業(yè)務(wù)，激光設(shè)備營收占比長期超過 70%。公司目前已經(jīng)突破了鈣鈦礦P0（激光打標(biāo)）、P1-P3及P4全套激光加工設(shè)備生產(chǎn)工藝，Micro-LED激光巨量轉(zhuǎn)移設(shè)備已經(jīng)通過客戶測試，同時公司的在研項目鋰電池電芯激光除膜工藝進(jìn)展順利，以上新項目有望在2023年開始放量。
杰普特（688025.SH）是全球市占率最高的MOPA脈沖激光器生產(chǎn)商，2021年MOPA脈沖激光器出貨量約為2.5萬臺，市占率接近70%。相比于其他類型的激光器，使用MOPA激光器進(jìn)行極片切割性價比更高、技術(shù)更成熟。
公司利用在MOPA激光器領(lǐng)域的優(yōu)勢順利切入鋰電池激光加工設(shè)備和鈣鈦礦設(shè)備業(yè)務(wù)領(lǐng)域。據(jù)杰普特內(nèi)部人士透露，公司鈣鈦礦激光設(shè)備已推出二代產(chǎn)品方案，涵蓋P1-P3薄膜劃切工藝段及P4清邊工藝四臺設(shè)備及前后小型自動化設(shè)備。分析人士認(rèn)為，隨著鈣鈦礦技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)，杰普特相關(guān)設(shè)備配套需求靜待放量。
3.鈣鈦礦電池之材料
鈣鈦礦電池所需的材料包括封裝材料和電極材料，其中TCO玻璃是最核心的封裝材料。從成本構(gòu)成來看，玻璃及其他封裝材料占比最高，占比34%，其次是電極材料（靶材），占比約30.9%。
3.1材料體系尚未定型，不同膜層均有多種選擇
目前，鈣鈦礦材料體系尚未定型，不同膜層均有多種選擇。
封裝材料中，產(chǎn)業(yè)上常用的TCO導(dǎo)電玻璃分為ITO、FTO和AZO玻璃三類，F(xiàn)TO的導(dǎo)電性能與ITO相比稍顯遜色，但具有成本低、膜層硬、光學(xué)性能適宜等優(yōu)點，目前是應(yīng)用于光伏玻璃領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。AZO的光電性能與ITO相近，且AZO原材料簡單易得，生產(chǎn)成本低，在未來產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程中具備重大潛力。
在電子傳輸層，二氧化鈦(TiO2)是最早且應(yīng)用最為廣泛的電子傳輸層材料，主要得益于二氧化鈦與鈣鈦礦的能級較為匹配，能夠有效實現(xiàn)電子傳輸并阻擋空穴，而且價格較為便宜，但 TiO2 制備過程中往往需要進(jìn)行 500℃以上的高溫?zé)Y(jié)以提升傳輸性能，這一過程制約了 TiO2在柔性襯底上的應(yīng)用和其產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。SnO2電導(dǎo)率和載流子遷移率較高，且制備溫度較低，是較為理想的電子傳輸層材料。因此目前SnO2被產(chǎn)業(yè)界廣泛研究，以期在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中實現(xiàn)對TiO2的替代。
鈣鈦礦吸光層采用的材料一般為有機-無機混合鈣鈦礦化合物前驅(qū)液，目前主流工藝多采用MAPbI3等。鈣鈦礦電池的原材料儲備極為豐富，且配制前驅(qū)體溶液不含復(fù)雜工藝，對試劑純度要求不高。
空穴傳輸層（HTL）材料可分為有機材料和無機材料兩大類。產(chǎn)業(yè)端多采用無機材料來代替有機材料，以提升電池壽命、降低生產(chǎn)成本。常用的無機空穴材料包括Cu2O、CuI、CuSCN、NiOx等。無機空穴傳輸層還具有穩(wěn)定性好、空穴遷移率高、光學(xué)帶隙寬等優(yōu)勢，但目前HTL采用無機材料時，鈣鈦礦電池的效率表現(xiàn)不及使用有機空穴傳輸材料。
此外，產(chǎn)業(yè)端多采用銅、銀等金屬電極，或金屬氧化物等作為電極層材料，碳電極也在嘗試中。
據(jù)東吳證券測算，若2030年鈣鈦礦組件產(chǎn)量為95GW，對應(yīng)鈣鈦礦材料市場空間28億元，玻璃市場空間259億元（FTO玻璃182億元，背板玻璃77億元），封裝材料市場空間98億元（POE膠膜及丁基膠各49億元），靶材市場空間105億元，玻璃及靶材因單位成本占比較高，價值量空間較大。
3.2 TCO玻璃是最核心材料
TCO玻璃即透明導(dǎo)電氧化物鍍膜玻璃，通過在平板玻璃表面鍍上一層透明的導(dǎo)電氧化薄膜，使得玻璃具有透光和導(dǎo)電的作用，從而能夠有效地收集光生載流子，而不能引入不必要的串聯(lián)電阻，其膜材料主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其復(fù)合多元氧化物薄膜材料。
由于薄膜電池組件中間半導(dǎo)體層幾乎沒有橫向?qū)щ娦阅埽虼藷o論是薄膜電池組件還是鈣鈦礦電池組件，TCO導(dǎo)電玻璃都是必不可少的材料。目前國內(nèi)TCO玻璃售價（不含稅）約為60元/平米，業(yè)內(nèi)人士指出，隨著規(guī)模化生產(chǎn)以及技術(shù)提升，未來有望下降至40元/平米。以此測算，TCO玻璃的全球市場空間約為100億元，國內(nèi)市場空間約為57億元。
目前全球TCO玻璃的供應(yīng)主要集中在板硝子、旭硝子等國外企業(yè)。金晶科技已于今年建成國內(nèi)第一條TCO玻璃產(chǎn)線，另外洛陽玻璃、旗濱、南玻等企業(yè)前期均在TCO玻璃工藝、技術(shù)上有布局。
據(jù)悉，TCO玻璃的原片是超白浮法玻璃，目前具備超白浮法玻璃原片產(chǎn)能的企業(yè)僅10家，主要集中在南玻、金晶、旗濱、信義等頭部企業(yè)，總產(chǎn)能約13850 T/D，由于TCO玻璃原片-超白浮法玻璃產(chǎn)能已嚴(yán)禁新增，因此沒有原片產(chǎn)能儲備的企業(yè)將更難參與TCO玻璃市場。
金晶科技（600586.SH）是目前國內(nèi)唯一能夠量產(chǎn)TCO玻璃的企業(yè)，公司現(xiàn)有兩條年產(chǎn)1500萬平米的TCO玻璃產(chǎn)線，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，另有兩條原片產(chǎn)線儲備，同時公司在馬來西亞建設(shè)的1條TCO玻璃產(chǎn)線也有望于今年投產(chǎn)，預(yù)計總產(chǎn)能或超過6000萬平米。
金晶TCO玻璃產(chǎn)品性能得到國內(nèi)外客戶的認(rèn)可，已實現(xiàn)向國際薄膜電池巨頭First Solar供貨。國內(nèi)方面，公司于2022年10月與國內(nèi)鈣鈦礦電池研發(fā)生產(chǎn)領(lǐng)先企業(yè)纖納光電簽訂《戰(zhàn)略合作協(xié)議》，根據(jù)合作協(xié)議，公司需根據(jù)纖納光電未來的鈣鈦礦擴產(chǎn)規(guī)劃，投資建設(shè)相應(yīng)的TCO玻璃產(chǎn)線，以滿足纖納光電的生產(chǎn)需求。纖納光電未來若每增加1GW 的鈣鈦礦電池產(chǎn)能規(guī)劃，公司需配套不低于500萬平米/年TCO玻璃產(chǎn)能。國海證券預(yù)計2022-2024年公司TCO玻璃營業(yè)收入7.95億、10.60億、27.00億元，毛利率36.72%、39.15%、41.11%。
此外，旗濱集團（601636.SH）早期與著名鍍膜技術(shù)供應(yīng)商美國阿克瑪公司、英國浮法玻璃咨詢公司（FGC公司）進(jìn)行了TCO技術(shù)轉(zhuǎn)讓和合作，公司于2010年12月合2012年5月相繼點火了兩條TCO玻璃生產(chǎn)線，產(chǎn)能分別為600T/D和800T/D，后因公司戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變而未實際生產(chǎn)TCO玻璃。公司目前仍有原片產(chǎn)能儲備，后續(xù)若薄膜組件需求放量，公司有重新進(jìn)入TCO玻璃市場的可能。
4.鈣鈦礦電池之組件
鈣鈦礦電池現(xiàn)階段的研究方向主要為單結(jié)電池和多結(jié)疊層電池，兩種電池形式各有所長。
單結(jié)鈣鈦礦電池不需要依托PN結(jié)（由一個N型摻雜區(qū)和一個P型摻雜區(qū)緊密接觸所構(gòu)成）就能產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)，結(jié)構(gòu)簡單；搭配其他半導(dǎo)體材料實現(xiàn)疊層的多結(jié)鈣鈦礦電池則可以覆蓋大部分帶隙，實現(xiàn)光子全方位吸收，進(jìn)而帶動電池效率成倍增長。
多家機構(gòu)認(rèn)為擁有高效率的疊層鈣鈦礦電池才是王道，范斌則表示，扎實做好單結(jié)鈣鈦礦才是行業(yè)發(fā)展的根本。
范斌此前接受媒體采訪時稱，不管用什么樣的疊層，首先都要把鈣鈦礦做好。公司曾投入不少資源進(jìn)行異質(zhì)結(jié)上鈣鈦礦的疊層開發(fā)，后來發(fā)現(xiàn)在玻璃上做鈣鈦礦的量產(chǎn)工藝還沒有完全開發(fā)好的時候，進(jìn)行鈣鈦礦/晶硅疊層開發(fā)是沒有基礎(chǔ)的。
“這是我們的看法，當(dāng)然也有人不這么看，也有一些企業(yè)選擇在硅片上做鈣鈦礦。最終的結(jié)果還是需要交給市場評判。”
4.1單結(jié)電池結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換效率仍有提升空間
單結(jié)鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)可分為介孔結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)。
相較于鈣鈦礦/晶硅疊層電池多達(dá)十幾層的結(jié)構(gòu)，平面結(jié)構(gòu)的單結(jié)鈣鈦礦電池僅有5層，分別是透明導(dǎo)電電極、電子傳輸層、鈣鈦礦光電吸收層、空穴傳輸層、金屬電極。其中，平面結(jié)構(gòu)中的反式結(jié)構(gòu)由于制備工藝簡單且成膜溫度較低，是鈣鈦礦電池廠商產(chǎn)業(yè)化過程中主要采用的結(jié)構(gòu)。
電池轉(zhuǎn)換效率方面，單結(jié)鈣鈦礦電池理論效率為33%，遠(yuǎn)高于晶硅的29.4%；但現(xiàn)階段鈣鈦礦電池主流廠商單結(jié)中試線效率仍在15%-16%左右，2023年內(nèi)或提升至18%，離鈣鈦礦理論效率仍有較大提升空間。
華泰證券認(rèn)為，短期內(nèi)，鈣鈦礦電池將通過材料改性、配方優(yōu)化、備制鈍化層等多路徑并行提效；長期來看，疊層是提效的終極手段，將打開鈣鈦礦效率天花板。
目前，單結(jié)鈣鈦礦組件產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展較為領(lǐng)先，其中協(xié)鑫光電、纖納光電已率先完成100MW單結(jié)鈣鈦礦組件中試線安裝。
據(jù)悉，協(xié)鑫光電生產(chǎn)的全球最大尺寸鈣鈦礦組件（1m×2m）已經(jīng)下線。2022年北京冬奧會期間運行的全球首個鈣鈦礦光伏建筑項目采用的即是協(xié)鑫光電的鈣鈦礦組件。目前，其投建的全球首條100MW量產(chǎn)線已在昆山完成廠房和主要硬件建設(shè)，預(yù)計2023年量產(chǎn)組件產(chǎn)品光電轉(zhuǎn)化效率將超過18%，未來將進(jìn)一步提升至25%以上。同時，公司GW級產(chǎn)線已在規(guī)劃中，目標(biāo)2024年下半年落地。
纖納光電已完成1.245×0.635m尺寸組件發(fā)布，最高功率可達(dá)130W。公司第一條GW級產(chǎn)線預(yù)計2023年年底通線，預(yù)計轉(zhuǎn)換效率可達(dá)20%。
另有極電光能756cm2大尺寸單結(jié)鈣鈦礦光伏組件轉(zhuǎn)換效率目前達(dá)到18.2%。
4.2疊層電池轉(zhuǎn)換效率高，但多處于試驗階段
疊層結(jié)構(gòu)是指不同光學(xué)帶隙的電池進(jìn)行堆疊，寬帶隙電池和窄帶隙電池分別吸收較高、較低的能量光子，實現(xiàn)子電池對太陽光譜分段利用。
疊層電池根據(jù)疊層數(shù)量可分為雙結(jié)、三結(jié)、四結(jié)等，目前結(jié)數(shù)最高的是美國國家可再生能源實驗室發(fā)布的六結(jié)電池（砷化鎵），效率高達(dá)47.1%。
雖然增加電池結(jié)數(shù)可以提升電池效率，但所帶來的高成本也不容忽視。因此，目前常規(guī)的結(jié)構(gòu)是兩結(jié)疊層，其中又以效率較高的鈣鈦礦/晶硅疊層、鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層為兩結(jié)疊層的研究焦點。
鈣鈦礦/晶硅疊層是以晶硅作為底電池。
晶硅電池工藝成熟，作為底電池較為穩(wěn)定，研究進(jìn)展相對更快，目前已取得的最高實驗室效率是2022年12月德國HZB研究中心認(rèn)證的32.5%。
從晶硅電池的適配程度來看，HJT相對更加合適。HJT具備良好的非晶硅鈍化層、對稱結(jié)構(gòu)以及透明導(dǎo)電氧化物（TCO），再加上鈣鈦礦/HJT疊層電池為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，可輸出超高電壓，實驗轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到31.3%；對比Topcon疊層，鈣鈦礦與HJT疊層需要做的改造也更少。
目前，已有多家晶硅電池廠商涉足鈣鈦礦/HJT疊層電池。
華晟新能源已完成HJT-鈣鈦礦電池中試線，實現(xiàn)M6大面積疊層均勻制備，目標(biāo)效率為30%；寶馨科技（002514.SZ）計劃2年內(nèi)完成100MW鈣礦或HJT-鈣鈦礦疊層電池產(chǎn)線；中來股份（300393.SZ）涉足鈣鈦礦材料與HJT-疊層電池技術(shù)開發(fā)，目標(biāo)效率26%以上。
鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層是通過人工分別合成寬帶隙和窄帶隙鈣鈦礦，與鈣鈦礦/晶硅疊層相比，鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層效率逐步跟上、度電成本更低、工藝更簡單。
2022年12月底，經(jīng)日本JET第三方認(rèn)證，目前唯一一家專注全鈣鈦礦疊層的廠商仁爍光能團隊研發(fā)的全鈣鈦礦疊層電池穩(wěn)態(tài)光電實驗室轉(zhuǎn)換效率達(dá)到29.0%，再次打破了該團隊在2022年6月創(chuàng)造的28.0%的世界紀(jì)錄。
成本方面，鈣鈦礦/晶硅疊層度電成本為5.22美分/KWh，高于鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層的4.22美分/KWh；工藝方面，鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層是將頂電池涂抹在玻璃上，對比鈣鈦礦/晶硅疊層在晶硅絨面上涂抹更為簡單。
5.鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化難題
在現(xiàn)階段技術(shù)路線、制備工藝并不確定的背景下，鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化之路仍面臨著重重阻礙，比如大面積效率低、穩(wěn)定性差、結(jié)晶工藝的不確定性等。
5.1大面積組件光電轉(zhuǎn)換效率低
目前鈣鈦礦電池實驗室效率進(jìn)展迅速，但大多為1cm以下的小面積薄膜，隨著組件面積放大，電池效率不增反降。
為什么鈣鈦礦電池大面積效率損失嚴(yán)重？一是鈣鈦礦薄膜的大面積制備工藝不成熟，不夠均勻?qū)е鲁赡べ|(zhì)量差；二是大面積薄膜組件進(jìn)行激光劃線后易產(chǎn)生電阻損耗、并產(chǎn)生死區(qū)。
針對這些問題，行業(yè)已形成初步解決方案。
工藝方面，大面積制備鈣鈦礦層主要采用狹縫涂布和蒸鍍兩種方式，但涂布法需要保證成膜過程中的化學(xué)一致性，真空蒸鍍生產(chǎn)成本較高，方法仍不夠完善。
設(shè)備方面，激光劃線產(chǎn)生電阻損耗、熱損傷、死區(qū)的解決思路主要包括添加隔離層、提高設(shè)備精度、優(yōu)化劃線區(qū)域等。
5.2組件穩(wěn)定性差
鈣鈦礦電池吸光層的穩(wěn)定性受環(huán)境因素影響，易水解、高溫易分解、溫度變化下相變、光照和氧氣作用下發(fā)生光致分解等；內(nèi)部因素也在一定程度上造成了鈣鈦礦的不穩(wěn)定性，電極材料常用貴金屬，但金屬原子易擴散造成吸光層分解，且鈣鈦礦材料離子特性明顯，易發(fā)生離子遷移，吸光層的碘離子也會腐蝕金屬電極。
關(guān)于易水解的問題，范斌給出了解釋，鈣鈦礦怕水，但是晶硅、碲化鎘也怕水，所以防水是一個共性問題，都是需要封裝，封裝好了就沒事。
封裝是為器件提供最外層的保護，目前業(yè)界普遍采用POE+丁基膠的封裝方式，基本解決了外部的水氧因素導(dǎo)致的衰減。
由于晶硅是金剛石結(jié)構(gòu)，溫度達(dá)到1400℃才會溶解，而鈣鈦礦是離子型的晶體，二三百攝氏度就會分解，這似乎說明了鈣鈦礦高溫易分解的不穩(wěn)定性。
但范斌認(rèn)為，地球表面使用的光伏組件面臨的是85℃以下的溫度，在這種情況下，其實200多度和1400多度是等效的，所以未必能夠從這一點推出鈣鈦礦穩(wěn)定性不如晶硅。
針對鈣鈦礦本身內(nèi)部的不穩(wěn)定，可以從材料和結(jié)構(gòu)兩個方面進(jìn)行優(yōu)化，主要包括各個膜層的材料改性、界面工程、使用復(fù)合電極等手段。
范斌對鈣鈦礦的穩(wěn)定性不乏信心，他認(rèn)為充分解決好鈣鈦礦的工程化問題之后，鈣鈦礦的穩(wěn)定性至少不會比晶硅差。
5.3結(jié)晶工藝存不確定性
生產(chǎn)鈣鈦礦所使用的PVD、激光設(shè)備等在面板行業(yè)和傳統(tǒng)薄膜電池行業(yè)都有參照，但鈣鈦礦的結(jié)晶工藝是一個全新工藝過程，沒有類似參照物，不確定因素也隨之增加。
據(jù)東吳證券，結(jié)晶環(huán)節(jié)是組件尺寸放大和大規(guī)模連續(xù)制造所面臨的核心挑戰(zhàn)。晶體的尺寸、均一性和貫穿率直接體現(xiàn)了結(jié)晶環(huán)節(jié)的工藝水平，不均勻結(jié)晶會導(dǎo)致電池內(nèi)部電阻率升高、轉(zhuǎn)換效率下降。
目前，行業(yè)內(nèi)對于結(jié)晶的控制并沒有形成統(tǒng)一意見，范斌表示，這意味著所有從事鈣鈦礦研發(fā)量產(chǎn)的企業(yè)都必須自己開發(fā)出相對應(yīng)的結(jié)晶方案。
目前各廠商開發(fā)出的方式有三種：一是在涂布環(huán)節(jié)進(jìn)行結(jié)晶預(yù)處理、采用在線結(jié)晶方式改善后續(xù)晶體生長；二是先蒸鍍后涂布，利用有機組分?jǐn)U散反應(yīng)提高結(jié)晶質(zhì)量；三是利用自身經(jīng)驗儲備自研及改進(jìn)結(jié)晶所用設(shè)備、退火爐等提高加熱均勻度。
6.結(jié)語
鈣鈦礦具備效率優(yōu)勢是不爭的事實，但是大面積轉(zhuǎn)換效率低、穩(wěn)定性差等問題仍在尋找最優(yōu)解，成為阻礙鈣鈦礦大規(guī)模量產(chǎn)的主要原因。
范斌表示，鈣鈦礦的效率高于晶硅、成本低于晶硅、穩(wěn)定性也不比晶硅差，只要解決好量產(chǎn)的工程問題，鈣鈦礦相對于晶硅幾乎是沒有弱點。如果鈣鈦礦成功，就會成為市場的主流，鈣鈦礦技術(shù)與晶硅技術(shù)不會長期共存。
著眼當(dāng)下，作為一個全新的光伏技術(shù)體系，鈣鈦礦效率仍有巨大提升空間，整個產(chǎn)業(yè)鏈仍待持續(xù)創(chuàng)新升級，換言之，“最具潛力的下一代光伏發(fā)電技術(shù)”仍需要時間來證明自己。
出品丨第一財經(jīng)新賽道研究中心
策劃丨黃宇
主筆丨李泓霖?王瑩
編輯丨黃宇
特別聲明
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關(guān)鍵詞： 第一財經(jīng)2023鈣鈦礦電池發(fā)展趨勢報告引領(lǐng)新一輪光伏
