HJT異質(zhì)構(gòu)疊層鈣鈦礦光伏電池

光伏電池發(fā)電原理

光伏發(fā)電是一種把太陽能轉(zhuǎn)化為電能的過程，其發(fā)電原理是太陽光照在半導(dǎo)體P-N結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在P-N結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的作用下，N區(qū)的光生空穴流向P區(qū)，P區(qū)的光生電子流向N區(qū)，形成從N到P的光生電動(dòng)勢(shì)，從而使P端電勢(shì)升高，N端電勢(shì)降低，接通電路后就形成P到N的外部電流。電流可以送往蓄電池中存儲(chǔ)起來，也可以直接推動(dòng)負(fù)載工作。

發(fā)電原理

二、現(xiàn)有電池技術(shù)簡(jiǎn)介

（一）PERC電池：鈍化發(fā)射極和背面電池技術(shù)已成為行業(yè)中的主流技術(shù)。PERC技術(shù)是通過在硅片的背面增加一層鈍化層(氧化鋁或氧化硅)，對(duì)硅片起到鈍化的作用，可有效提升壽命。目前全球產(chǎn)能已經(jīng)超過200GW，年產(chǎn)量超過150GW。在PERC基礎(chǔ)上，如果背面不用鋁漿，改成局部鋁柵線，可以簡(jiǎn)單升級(jí)成雙面PERC結(jié)構(gòu)，雙面率可以達(dá)到75—85%。對(duì)于PERC電池來說，從目前的研究情況來看，量產(chǎn)效率已經(jīng)提升到23.5%，有望提升到24%。但是再往上提升難度非常大。從成本方面來看，PERC電池的非硅成本已經(jīng)到0.2元/瓦左右，降本空間有限。從盈利情況看，由于產(chǎn)能的快速擴(kuò)張，盈利空間有限，電池廠商需要尋找新的方向來拓寬盈利空間，恢復(fù)融資能力。

（二）N-PERT電池：鈍化發(fā)射極背表面全擴(kuò)散電池是一種全擴(kuò)散背場(chǎng)鈍化結(jié)構(gòu)，通常PN結(jié)在正面，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，是最早的N型電池，是天然的雙面結(jié)構(gòu)，雙面率可以達(dá)到80—95%，但是在量產(chǎn)效率和成本上已經(jīng)不具備優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)被證明為不經(jīng)濟(jì)的技術(shù)路線。

（三）N-TOPCon電池：隧穿氧化層鈍化接觸電池是一種鈍化接觸結(jié)構(gòu)，前表面與N-PERT太陽能電池沒有本質(zhì)區(qū)別，主要區(qū)別在于背面?；驹硎窃贜型硅片背面沉積一層很薄氧化硅，然后再沉積一層重?fù)诫s的多晶硅薄膜，實(shí)現(xiàn)背面的鈍化接觸，提高開路電壓，提升轉(zhuǎn)化效率。目前行業(yè)里TOPCon的量產(chǎn)效率已經(jīng)超過24%，雙面率相對(duì)于PERC略低，但可以通過增加PERC產(chǎn)線的設(shè)備來升級(jí)，具有一定的空間。

（四）HJT電池：異質(zhì)結(jié)電池的基本原理是在N型硅片基底上采用非晶硅沉積的方式形成異質(zhì)結(jié)并作為鈍化層。這種結(jié)構(gòu)的電池開路電壓更高，效率也會(huì)相應(yīng)的比較高，同時(shí)最外一層有TCO透明導(dǎo)電層。工藝采用的是低溫工藝，銀漿的溫度通常在200度左右，便于采用更薄的N型硅片，使未來有比較大的硅片成本下降空間。目前行業(yè)量產(chǎn)效率24%左右，雙面率90%以上?，F(xiàn)在主要問題是設(shè)備與材料的成本比較高，工藝控制難度比較大。

（五）IBC電池：叉指狀背接觸電池(Interdigitated Back Contact Cell)電池的基本原理是在N型硅片的基礎(chǔ)上，前后表面均覆蓋一層熱氧化膜，以降低表面復(fù)合。利用光刻技術(shù)，在電池背面分別進(jìn)行磷、硼局部擴(kuò)散，有效消除高聚光條件下的電壓飽和效應(yīng)。由于PN結(jié)都在背面做叉指狀接觸，所以正面沒有柵線遮擋，正面受光面積增加，電流也增加。主要問題是工藝比較復(fù)雜，成本也比較高。潛在的空間是可以和異質(zhì)結(jié)結(jié)合，采用非晶硅鈍化層結(jié)構(gòu)或隧穿鈍化層來形成HBC結(jié)構(gòu)。

光伏行業(yè)現(xiàn)狀

2022年底以來，多晶硅料、硅片、電池片和組件價(jià)格均呈大幅下降趨勢(shì)。據(jù)中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)硅業(yè)分會(huì)：本周以來，各企業(yè)硅料成交價(jià)格區(qū)間略有分化，單晶復(fù)投料大部分訂單價(jià)格在24.0-24.8萬元/噸，其余訂單價(jià)格在22.2-23.2萬元/噸。此次降價(jià)，僅僅是未來一年甚至數(shù)年大變化的起始。

2023年，在光伏降價(jià)大背景下，產(chǎn)業(yè)里必將出現(xiàn)慘烈的競(jìng)爭(zhēng)與洗牌，這無疑也是光伏走向主力能源的激烈競(jìng)爭(zhēng)階段。

光伏的本質(zhì)及現(xiàn)狀

產(chǎn)業(yè)鏈利潤(rùn)轉(zhuǎn)變

接下來的技術(shù)趨勢(shì)

光伏的本質(zhì)及現(xiàn)狀

太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電，另一種是光—電。光伏發(fā)電屬于后者，是指利用太陽能光伏電池的光生伏特原理，把太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電方式。

太陽能熱發(fā)電的缺點(diǎn)是效率很低，而成本又高。相比之下，太陽能光伏發(fā)電的基本裝置就是太陽能電池，是一個(gè)半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。

當(dāng)許多個(gè)電池串聯(lián)或并聯(lián)起來，就可以成為有比較大輸出功率的太陽能電池方陣。只要太陽在，電池壽命夠長(zhǎng)，就能一直有電。

由此也能看出光伏發(fā)電的一些優(yōu)點(diǎn)：

經(jīng)濟(jì)節(jié)能：一般自發(fā)自用，多余電力可通過國(guó)家電網(wǎng)賣給供電公司，不足時(shí)由電網(wǎng)供電，從此節(jié)約電費(fèi)還能拿補(bǔ)貼；

隔熱降溫：在夏天可以隔熱降溫3-6度，冬天可以減少熱傳遞；

綠色環(huán)保：分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目在發(fā)電過程中，沒有噪音，也不會(huì)存在光污染，不存在輻射，是真正意義上的零排放、零污染的靜態(tài)發(fā)電。

產(chǎn)業(yè)鏈利潤(rùn)轉(zhuǎn)變

光伏產(chǎn)業(yè)制造端由硅產(chǎn)業(yè)鏈、輔材及配套環(huán)節(jié)構(gòu)成。

光伏制造端核心關(guān)注要素是需求供給規(guī)模（含政策）、價(jià)格變動(dòng)和技術(shù)迭代。

從需求供給來看：

2008-2018年，光伏行業(yè)由政策決定需求，硅料環(huán)節(jié)供大于求導(dǎo)致近10年殘酷競(jìng)爭(zhēng)，這個(gè)過程中不斷有新技術(shù)出現(xiàn)，拉動(dòng)成本快速下降；

2020年以來，光伏需求回升→硅料產(chǎn)能瓶頸決定組件供給→硅料環(huán)節(jié)留存大頭利潤(rùn)→硅料擴(kuò)產(chǎn)→供過于求→硅料降價(jià)→產(chǎn)業(yè)鏈降價(jià)→進(jìn)一步提升需求；

展望2023年，硅料進(jìn)入以年為計(jì)的跌價(jià)周期，光伏終端成本下降，帶動(dòng)集中式光伏電站、整縣推進(jìn)和分布式光伏需求提升。

硅料跌價(jià)是供給增量導(dǎo)致，也是整個(gè)產(chǎn)業(yè)共同的期待。據(jù)硅業(yè)分會(huì)和各公司公告數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)2023年我國(guó)多晶硅產(chǎn)能可達(dá)240萬噸/年，國(guó)內(nèi)企業(yè)產(chǎn)量可達(dá)146萬噸，市場(chǎng)仍以看跌趨勢(shì)為主。

產(chǎn)業(yè)鏈驅(qū)動(dòng)力改變，利潤(rùn)最高的環(huán)節(jié)會(huì)改變嗎？

硅料方面，一直占據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈一半以上利潤(rùn)，去年12月以來，隨價(jià)格下跌供給瓶頸解除而有所收窄；

硅片方面，跟隨硅料價(jià)格變動(dòng)較大，曲線幾乎一致；

電池方面，主要是因大尺寸比例持續(xù)提升，去年新產(chǎn)能投建相對(duì)緩慢，需求有結(jié)構(gòu)性變化而供給較少，因此盈利逐季向上不斷超預(yù)期。

然而光伏的產(chǎn)業(yè)歷史一再證明，“產(chǎn)業(yè)一片大好”并不適用于所有玩家，“好日子”也并不適用于產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)的任何梯隊(duì)。接下來，那些擁有垂直一體化實(shí)力的規(guī)模企業(yè)，必將憑借其強(qiáng)大的綜合能力強(qiáng)勢(shì)搶占市場(chǎng)。

接下來的技術(shù)趨勢(shì)

IEA認(rèn)為，到2027年，光伏累計(jì)裝機(jī)量將超越其他所有電源形式，2030年度全球光伏系統(tǒng)新增裝機(jī)容量將達(dá)到650GW。

回顧光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)路線看：

2008年冷氫化技術(shù)的突破大幅降低了光伏生產(chǎn)成本，奠定了晶硅的主流路線；

2015年以來的單晶替代潮提升了光伏發(fā)電效率，同時(shí)生產(chǎn)成本下降，有效擴(kuò)大了行業(yè)需求；

近7年來組件封裝技術(shù)不斷進(jìn)步，雙面、半片、多主柵等技術(shù)的普及提升了組件功率，提升了光伏發(fā)電的競(jìng)爭(zhēng)力；

目前行業(yè)主流廠商均在進(jìn)行電池片技術(shù)的研發(fā)/量產(chǎn)，TOPCon路線量產(chǎn)規(guī)模最大，有望成為短期主流；HJT其次，有望結(jié)合薄膜電池，進(jìn)入新的技術(shù)形態(tài)；IBC路線逐步走向商業(yè)化應(yīng)用。

相較晶硅，N型電池中HJT電池結(jié)構(gòu)獨(dú)特、鈍化機(jī)制優(yōu)異，量產(chǎn)平均轉(zhuǎn)換效率優(yōu)于PERC與TOPCon，并有生產(chǎn)良率高、損傷小、雙面率高、溫度系數(shù)低、衰減率低、更適合鈣鈦礦疊層和薄片化等多重優(yōu)勢(shì)。

鈣鈦礦具理論效率更高、理論成本更低、發(fā)電量更高、應(yīng)用場(chǎng)景更廣四大優(yōu)勢(shì)。

隨著技術(shù)進(jìn)步，更高性能的光伏電池技術(shù)進(jìn)入量產(chǎn)，將帶動(dòng)光伏發(fā)電成本進(jìn)一步下降。

HJT異質(zhì)構(gòu)光伏

什么是異質(zhì)結(jié)技術(shù)

海螺建筑光伏異質(zhì)結(jié)電池片結(jié)構(gòu)

一、屬性類別

異質(zhì)結(jié)電池是一種利用晶體硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太陽電池。

二、工藝結(jié)構(gòu)

異質(zhì)結(jié)電池是以N型單晶硅(C-Si)為襯底光吸收區(qū)，經(jīng)過制絨清洗后，其正面依次沉積厚度為5-10nm的本征非晶硅薄膜(i-a-Si: H)和摻雜的P型非晶硅(P-a-Si:H)，和硅襯底形成p-n異質(zhì)結(jié)。硅片的背面又通過沉積厚度為5-10nm的i-a-Si:H和摻雜的N型非晶硅(n-a-Si:H)形成背表面場(chǎng)，雙面沉積的透明導(dǎo)電氧化物薄膜(TCO)，最后通過絲網(wǎng)印刷在兩側(cè)的頂層形成金屬基電極。

三、制作流程

HJT電池簡(jiǎn)介

（一）HJT電池的發(fā)展進(jìn)程和基本結(jié)構(gòu)

自1974年Waler Fuhs首先提出了非晶硅與晶硅材料結(jié)合的HJT結(jié)構(gòu)開始，HJT電池的發(fā)展進(jìn)入起始階段。1989年三洋集團(tuán)首次成功開發(fā)了運(yùn)用HJT結(jié)構(gòu)的太陽能電池，并申請(qǐng)專利，效率達(dá)到15%。1997年三洋為HJT申請(qǐng)注冊(cè)商標(biāo)，并開始提供商業(yè)化光伏組件，HJT電池進(jìn)入初步發(fā)展階段。2010年后，松下對(duì)HJT電池的專利保護(hù)結(jié)束，各電池廠商們迎來了大力發(fā)展該技術(shù)的機(jī)會(huì)，HJT電池進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)階段，在這個(gè)階段中，HJT電池的轉(zhuǎn)換效率不斷提升，2017年HJT電池邁入商業(yè)化階段，關(guān)注進(jìn)入HJT行業(yè)的公司增加，進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段，隨著100MW規(guī)模以上產(chǎn)能投入運(yùn)營(yíng)的數(shù)量持續(xù)增加，預(yù)計(jì)未來HJT電池還將獲得不斷的發(fā)展。截至2021年2月，HJT電池的最高實(shí)驗(yàn)室效率已達(dá)到29.52%，量產(chǎn)效率達(dá)到24.53%。

HJT電池首先在N型單晶硅片（c-Si）的正面沉積很薄的本征非晶硅薄膜（i-a-Si:H）和P型非晶硅薄膜（p-a-Si:H），然后在硅片的背面沉積很薄的本征非晶硅薄膜（i-a-Si:H）和N型非晶硅薄膜（n-a-Si:H）形成背表面場(chǎng)，再在電池的兩面沉積透明氧化物導(dǎo)電薄膜(TCO)，TCO不僅可以減少收集電流時(shí)的串聯(lián)電阻，還能起到減反作用，最后在TCO上制作金屬電極。

HJT電池結(jié)構(gòu)

（二）HJT電池的生產(chǎn)工序

HJT技術(shù)有四道工序，分別為清洗制絨、非晶硅薄膜沉積，TCO薄膜制備和絲網(wǎng)印刷。其中清洗制絨和絲網(wǎng)印刷都是傳統(tǒng)硅晶電池的工藝，HJT獨(dú)特的工藝在于非晶硅薄膜沉積和TCO膜的沉積。

1.清潔制絨。硅片經(jīng)過前期的工序加工后，表面可能受到有機(jī)雜質(zhì)、顆粒、金屬離子等沾污，在制作電池的第一步都是對(duì)硅片進(jìn)行清洗，同時(shí)為了增加對(duì)光的能量吸收以及提升鈍化效果，在硅片表面腐蝕出金字塔形貌以作為陷光結(jié)構(gòu)也非常重要。異質(zhì)結(jié)電池要形成高鈍化的a-Si:H/c-Si（n）界面，硅面表面清潔度要更高。

在對(duì)硅片進(jìn)行濕法處理之前有三個(gè)步驟，分別是去除硅片切割過程的損傷、制絨和表面清潔，目的是除去有機(jī)物的金屬雜質(zhì)。清洗主流工藝為RCA法。RCA法最早由美國(guó)Radio Corporation of America研發(fā)用于半導(dǎo)體晶圓清洗工藝，該工藝包含SC1和SC2兩個(gè)步驟，分別使用NH4OH、H2O2和HCI、H2O2。

由于NH4OH和H2O2本身的揮發(fā)性較強(qiáng)，而RCA工藝溫度高于60攝氏度更是加劇了其揮發(fā)，從而引起更高的清洗成本。另外一種新的清洗工藝是以臭氧法，臭氧去離子水（DIO3）不僅可以更高效地去除有機(jī)雜質(zhì)和金屬雜質(zhì)，同時(shí)減少化學(xué)品的消耗，而且不會(huì)產(chǎn)生含氮廢水。根據(jù)測(cè)算，臭氧清洗的異質(zhì)結(jié)電池轉(zhuǎn)化效率比RCA最高可高出絕對(duì)值0.45%，臭氧清洗工藝已于2015年開始在異質(zhì)結(jié)規(guī)?；a(chǎn)中進(jìn)行推廣，但在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用還不廣泛。

2.非晶硅薄膜沉積。非晶硅薄膜沉積是HJT電池生產(chǎn)過程中最關(guān)鍵的步驟，因?yàn)槠錄Q定了HJT電池鈍化的有效性，而鈍化效果是轉(zhuǎn)換效率提升的保證。該過程涉及在硅片兩側(cè)沉積本征非晶硅薄膜和沉積極性相反的摻雜非晶硅薄膜。非晶硅薄膜沉積過程中化學(xué)氣相沉積法（Chemical Vapor Deposition）是主流工藝，其中以PECVD（離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積）和Cat-CVD（熱絲化學(xué)氣相沉積）為主。

目前PECVD是主流，Cat-CVD具有潛力，PECVD是等離子體增強(qiáng)化學(xué)的氣相沉積法，這種方法具備基本溫度低，沉積速度快，成膜質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。PECVD方法使用源氣體分子與電子之間的碰撞，即三維空間中各點(diǎn)之間的碰撞，而Cat-CVD方法使用氣體分子與催化劑主體表面之間的接觸。

過程為將氣體分解為中性基團(tuán)，對(duì)硅片表面無轟擊，比較柔和，相較于PECVD所得的非晶硅薄膜中氫含量更高，有利于鈍化效果提升，從這一角度來看，Cat-CVD方法的潛力比PECVD大得多。此外，Cat-CVD對(duì)于源氣體的利用率在80%以上，而PECVD目前僅為10%-20%，而且Cat-CVD理論上可在熱絲兩側(cè)同時(shí)沉積，生產(chǎn)速度更快。

但制約Cat-CVD大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的原因是其存在著催化劑表面逐漸變性問題以及原料氣和催化劑種類組合等問題，均勻性較差，熱絲需要周期性更換，更換周期小于一個(gè)月，這增加了Cat-CVD設(shè)備的運(yùn)行成本，未來需不斷改善工藝，延長(zhǎng)熱絲壽命。

3.TCO薄膜沉積。制備透明導(dǎo)電氧化層（TCO）薄膜，是用作減反射層和橫向運(yùn)輸載流子至電極的導(dǎo)電層。TCO最關(guān)鍵的指標(biāo)是透過率和電阻率，透過率越高且電阻率越低，對(duì)于入射光的利用和轉(zhuǎn)換效率越好。透過率與電阻率對(duì)立，導(dǎo)電性好意味著載流子濃度高，而載流子濃度高會(huì)造成近紅外區(qū)域吸收增加，則透過率降低。

制備TCO目前有PVD和RPD兩種方式，更主流的為PVD（Physical VaporDeposition）即物理氣相沉積，其基本原理是輝光放電產(chǎn)生的氬離子轟擊陰極靶材，靶材被濺射出來而沉積到基板表面。RPD（Reactive plasma deposition）即反應(yīng)等離子體沉積，是由日本住友公司開發(fā)的一種低溫、低損傷TCO薄膜鍍膜工藝，其制備的TCO薄膜結(jié)構(gòu)更加致密、結(jié)晶度更高、導(dǎo)電性和透光性更好。但目前住友公司對(duì)RPD核心設(shè)備具有壟斷優(yōu)勢(shì)，能帶來0.5%左右的效率提升，但其成本相對(duì)較高。

4.絲網(wǎng)印刷。由于HJT電池的工藝溫度限制在200攝氏度以內(nèi)的低溫環(huán)境中，所以傳統(tǒng)的高溫?zé)Y(jié)生產(chǎn)工藝并不適用于HJT電池的生產(chǎn)。目前主要的手段包括以下兩個(gè)，一個(gè)是絲網(wǎng)印刷，這是太陽能電池金屬化的主要手段，是目前常用的工藝，成熟度較高，與常規(guī)P型電池差別不大，主要區(qū)別在于印刷后的固化階段。HJT所用銀柵線是靠漿料中的有機(jī)高分子成分在固化爐中將柵線粘附在電池表面和TCO形成良好接觸，所以只能在200攝氏度以內(nèi)完成，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)需要幾十分鐘。

而常規(guī)P型電池只需要在800℃高溫?zé)Y(jié)幾秒即可。另一個(gè)是電鍍法，這是用光刻的方式得到良好的柵線圖案，主要材料為銅，成本較低，柵線結(jié)構(gòu)可控性高，電池的串聯(lián)電阻小，但電鍍銅工藝流程長(zhǎng)，技術(shù)復(fù)雜，對(duì)污水處理要求較高。因此目前行業(yè)主流采用的仍為絲網(wǎng)印刷。

HIT電池生產(chǎn)工藝

相比于傳統(tǒng)的PERC電池生產(chǎn)工藝以及TOPCon電池工藝，HIT電池的工藝制程相對(duì)較短，只有四大環(huán)節(jié)，依次是清洗制絨、非晶硅沉積、TCO沉積、絲印固化。

圖4. 三種量產(chǎn)電池工藝流程對(duì)比

資料來源：梅耶伯格，招商證券

1. 清洗制絨

與常規(guī)P型或者N型電池制造工藝類似，HIT電池也是以清洗制絨為電池制造的第一步，這一步驟的主要目的是清除N型襯底表面的油污和金屬雜質(zhì)，去除機(jī)械損傷層，形成金字塔絨面，陷光并減少表面反射。

2. 制備非晶硅薄膜

硅片在PECVD設(shè)備中制作鈍化膜和PN結(jié)。HIT電池高效率的根源在于本征非晶硅薄膜優(yōu)良的鈍化效果。由于晶硅襯底表面存在大量的懸掛鍵，光照激發(fā)的少數(shù)載流子到達(dá)表面后容易被懸掛鍵俘獲而復(fù)合，從而降低電池效率。此外，通過在硅片正面和背面沉積富氫的本征非晶硅薄膜，可以有效地將懸掛鍵氫化并降低表面缺陷，從而顯著提高少子壽命，增加開路電壓，最終提高電池效率。

雖然每一層膜的厚度只有4-10nm，每1-2nm實(shí)現(xiàn)的功能和制備工藝卻大不相同，因此本征和摻雜非晶硅薄膜需要在多個(gè)腔體中完成，PECVD中需要導(dǎo)入多腔室沉積系統(tǒng)。

圖5.HIT電池非晶硅薄膜PECVD工藝圖

資料來源：邁為股份，招商證券

3. 沉積金屬氧化物導(dǎo)電層（TCO）

圖6.鍍膜技術(shù)分類

資料來源：新型TCO材料在光伏行業(yè)的應(yīng)用前景

硅片沉積完非晶硅薄膜之后就進(jìn)入SPUTTER(磁控濺射)或者RPD（離子反應(yīng)鍍膜）設(shè)備，沉積透明金屬氧化物導(dǎo)電膜TCO。TCO縱向收集載流子并向電極傳輸。由于非晶硅層晶體呈無序結(jié)構(gòu)，電子與空穴遷徙率較低，且橫向?qū)щ娦暂^差，不利于光生載流子的收集。因此需要在正面摻雜層上方沉積一層75-80nm厚的TCO，用于縱向收集載流子并向電極傳輸，TCO同時(shí)可以減少光學(xué)反射。

圖7.SPUTTER磁控濺射原理圖

資料來源：新型TCO材料在光伏行業(yè)的應(yīng)用前景

圖8. RPD離子反應(yīng)鍍膜原理圖

資料來源：新型TCO材料在光伏行業(yè)的應(yīng)用前景

TCO膜在可見光范圍內(nèi)（波長(zhǎng)380-760nm）具有80%以上的穿透率，且電阻很低，其成分主要為In、Sb、Zn、Sn、Cd及其氧化物的復(fù)合體。目前應(yīng)用最廣泛的是ITO，SCOT，IWO，AZO。TCO制備存在SPUTTER(磁控濺射)或者RPD（離子反應(yīng)鍍膜）兩種工藝，目前由于成本考慮大多選擇SPUTTER(磁控濺射)工藝。

圖9. 磁控濺射工藝與RPD離子反應(yīng)鍍膜工藝對(duì)比

資料來源：CNKI

4. 絲印固化

HIT電池生產(chǎn)的最后一步是絲印固化，制備金屬電極并固化?？紤]到HIT是低溫工藝，不區(qū)分正銀和背銀，因此絲網(wǎng)印刷加低溫固化的工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但是這一特性的缺點(diǎn)之一就是價(jià)格較高且消耗量較大，因此目前業(yè)內(nèi)也有部分企業(yè)嘗試使用鍍銅工藝來制作電極。因?yàn)樵阱冦~工藝中不會(huì)使用到銀漿，成本較為低廉。但即便如此該工藝也并未被廣泛應(yīng)用，因?yàn)楣に嚪浅?fù)雜，且廢液排放存在嚴(yán)重的環(huán)保制約，使其推廣受到了限制。

四、HJT電池的優(yōu)勢(shì)

（一）HJT電池工藝流程簡(jiǎn)潔。目前市場(chǎng)上主流的電池技術(shù)PERC需要8-10道工序，而HJT技術(shù)只有四道工序，大大減化了制備流程，未來更容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和流程化。

（二）薄膜沉積工藝帶來巨大的發(fā)展?jié)摿?。由于HJT電池采用的是薄膜沉積工藝，這就使得其可以和IBC或者鈣鈦礦電池結(jié)合，技術(shù)的相融性決定了其具有很大的發(fā)展?jié)摿?。IBC和HJT的結(jié)合結(jié)構(gòu)是采用非晶硅鈍化層結(jié)構(gòu)或隧穿鈍化層來形成HBC結(jié)構(gòu)，HBC電池同時(shí)具備了IBC電池的高短路電流以及HJT電池的高開壓，實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率高達(dá)26.63%，其發(fā)展?jié)摿σ训米C明。鈣鈦礦和HJT的結(jié)合能夠更加高效地利用太陽光中高能的藍(lán)光部分，理論轉(zhuǎn)換率的極限為43%。截至2021年2月，牛津光伏公司在其實(shí)驗(yàn)室的鈣鈦礦硅異質(zhì)結(jié)串聯(lián)結(jié)構(gòu)電池的效率再創(chuàng)新高，達(dá)到29.52%。在量產(chǎn)方面，截至2021年2月，國(guó)家電投中央研究院所屬新能源科技有限公司研發(fā)的、具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“高效晶體硅銅柵線異質(zhì)結(jié)光伏電池（C-HJT）”最高量產(chǎn)效率已達(dá)24.53%。

（三）高開路電壓帶來強(qiáng)大的效率優(yōu)勢(shì)。效率是光伏電池的核心競(jìng)爭(zhēng)力，從技術(shù)原理來看，電池轉(zhuǎn)換效率的決定因素由開路電壓、短路電流和填充因子構(gòu)成，HJT 電池的核心優(yōu)勢(shì)在于良好的鈍化帶來的開路電壓高，從而帶來效率的優(yōu)勢(shì)。開路電壓是決定電池的效率重要因素之一。獲得更高開路電壓的兩個(gè)途徑為：更低的載流子復(fù)合速率即避免少數(shù)載流子與多數(shù)載流子發(fā)生復(fù)合、更低的接觸阻抗即促進(jìn)多數(shù)載流子有效運(yùn)輸。目前主流的PERC電池技術(shù)與傳統(tǒng)BSF技術(shù)相比增加了氧化鋁背鈍化和激光開槽兩道工藝，即利用場(chǎng)鈍化削弱了BSF背面直接與Si接觸帶來的載流子復(fù)合嚴(yán)重的問題，開路電壓的極限從685mV提升到690mV，而HJT技術(shù)則使用非晶硅薄膜作為鈍化材料。避免最外層TCO薄膜中的載流子復(fù)合速率高和非硅晶薄膜接觸電阻率高這些缺點(diǎn)。從而結(jié)合了TCO薄膜接觸電阻率低和非硅晶薄膜載流子復(fù)合速率低的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)載流子的一維運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)減少了向金屬接觸區(qū)域遷移導(dǎo)致的損失，開路電壓可提升到740-750mV。

（四）無光衰問題使HJT具有長(zhǎng)期發(fā)電增益。在實(shí)際使用過程中，光衰問題是電池的重大問題。電池的效率會(huì)受光衰的影響，不會(huì)一直保持最佳狀態(tài)，從而導(dǎo)致每年發(fā)電量的遞減。PERC電池采用P型硅片，傳統(tǒng)工藝為摻硼形成，新工藝為摻鎵形成。摻硼的工藝會(huì)導(dǎo)致形成硼氧復(fù)合體BO-LID進(jìn)而引起光衰現(xiàn)象，甚至PERC單晶電池的首年衰減比光電轉(zhuǎn)化效率相對(duì)較低的多晶電池還高出0.5%。而由于N型硅片摻磷，不存在硼氧復(fù)合體，由此導(dǎo)致的光衰幾乎可以忽略。組件的預(yù)期壽命長(zhǎng)達(dá)25年，因此光衰參數(shù)的差異在長(zhǎng)期中將會(huì)放大，對(duì)光伏電站的收益將產(chǎn)生影響。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，在使用同是22%效率的PERC電池組件和異質(zhì)結(jié)電池組件，異質(zhì)結(jié)雙面組件發(fā)電量比高效單晶PERC單面組件發(fā)電量高20%-30%左右，比高效單晶PERC雙面組件發(fā)電量高10%。當(dāng)考慮到光伏組件全生命周期時(shí)，發(fā)電增益的優(yōu)勢(shì)更為明顯。

（五）HJT電池溫度系數(shù)更低，效率更高。通常情況下，電池片溫度每升高1攝氏度，常規(guī)單晶電池的溫度系數(shù)為-0.42%，PERC電池-0.37%，PERC有所改善但幅度并不大。異質(zhì)結(jié)電池的溫度系數(shù)僅為-0.25%。而HJT電池本身的效率就更高，功率更高，因而高溫的功率損失更低，比較優(yōu)勢(shì)更為突出。

N型化浪潮推動(dòng)新一輪技術(shù)迭代，HJT電池厚積薄發(fā)

HJT電池具有多種優(yōu)勢(shì)，有望成為下一代主流N型電池技術(shù)。目前PERC量產(chǎn)效率23.5%，已接近理論極限24.5%，效率提升空間有限。圍繞降本增效的第一性原理，效率更高的新型電池蓄勢(shì)待發(fā)，以TOPCon、HJT為首的N型電池理論效率在28%以上，高電池效率可以顯著提升組件功率并攤薄各項(xiàng)成本。N型電池中HJT電池結(jié)構(gòu)獨(dú)特、鈍化機(jī)制優(yōu)異，量產(chǎn)平均轉(zhuǎn)換效率優(yōu)于PERC與TOPCon，并有生產(chǎn)良率高、損傷小、雙面率高、溫度系數(shù)低、衰減率低、更適合鈣鈦礦疊層和薄片化等多重優(yōu)勢(shì)。

HJT降本提效進(jìn)行時(shí)，提效、薄片化、少銀化是重點(diǎn)

HJT當(dāng)前成本仍高于PERC，但提效降本增效路徑已明晰。產(chǎn)業(yè)已有微晶化、使用UV轉(zhuǎn)光膜、銅電鍍手段進(jìn)行提效。降本主要分為硅成本和非硅成本：

1）電池薄片化可降硅成本：HJT憑借雙面對(duì)稱結(jié)構(gòu)+優(yōu)異鈍化效果，薄片化空間較大，120-130um厚度硅片導(dǎo)入在即，24年有望減薄至100um；

2）非硅降本主要通過降低銀漿、靶材和設(shè)備成本：目前已有0BB、電鍍銅、銀包銅多種手段降低銀耗，其中0BB進(jìn)展較快，導(dǎo)入后銀耗有望降至12mg/W電鍍銅則是顛覆性無銀化技術(shù)。

此外，靶材成本可通過優(yōu)化設(shè)備、回收利用、疊層設(shè)計(jì)、使用無銦材料大幅降低，設(shè)備投資額也有望通過規(guī)模效應(yīng)+零部件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)一步下降。

多路徑降本下經(jīng)濟(jì)性漸顯，HJT產(chǎn)業(yè)化將至

多路徑降本下，我們預(yù)計(jì)23年HJT組件端成本有望打平PERC。隨著HJT經(jīng)濟(jì)性逐步凸顯，各路玩家紛紛入局，我們預(yù)計(jì)23年HJT新增產(chǎn)能將達(dá)60GW以上。

新技術(shù)發(fā)展初期設(shè)備先行，中長(zhǎng)期關(guān)注技術(shù)領(lǐng)先電池廠商

設(shè)備先行是新技術(shù)發(fā)展初期的重要邏輯，設(shè)備商有望率先兌現(xiàn)業(yè)績(jī)。當(dāng)前HJT單GW設(shè)備投資額高達(dá)3.5-4億元/GW，設(shè)備商市場(chǎng)空間較PERC和TOPCon更為廣闊，HJT設(shè)備廠商值得關(guān)注，顛覆性技術(shù)電鍍銅亦有巨大想象空間。

中期維度上，技術(shù)紅利期間領(lǐng)先電池廠有望實(shí)現(xiàn)超額收益，HJT憑借更高的效率、更高的雙面率、更低的溫度系數(shù)，有望較PERC和TOPCon形成銷售溢價(jià)，23年 HJT成本打平PERC后，領(lǐng)先電池廠有望享受技術(shù)領(lǐng)先帶來的超額收益。

01HJT結(jié)構(gòu)優(yōu)異，具備多重優(yōu)勢(shì)

1.1 HJT鈍化機(jī)制優(yōu)異，理論電池效率高

HJT太陽電池是一種利用晶體硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太陽電池。就電池結(jié)構(gòu)而言，HJT電池以N型晶硅作為襯底，經(jīng)清洗制絨后，在正面依次完成本征非晶硅薄膜與P型非晶硅薄膜的沉積，形成P-N結(jié)。而后在硅片的背面依次沉積較薄的本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜形成背表面場(chǎng)。為了解決非晶硅導(dǎo)電性較差的問題，需在電池的兩側(cè)沉積透明氧化物導(dǎo)電薄膜（TCO）。最后則需利用絲網(wǎng)印刷等技術(shù)完成金屬電極化。

HJT理論極限效率較高。據(jù)ISFH和隆基測(cè)算數(shù)據(jù)，PERC、TOPCon與HJT電池的理論極限轉(zhuǎn)換效率分別為24.5%、28.7%和28.5%。HJT在極限效率方面大幅領(lǐng)先PERC，略落后于雙面TOPCon。但TOPCon電池實(shí)現(xiàn)雙面多晶硅鈍化的難度較大，尚未有廠商克服這道技術(shù)難關(guān)，而目前生產(chǎn)的背表面單面鈍化的TOPCon電池極限效率僅有27.1%，低于HJT。

1.2 除效率高外，HJT還具備良率高、雙面率高、溫度系數(shù)低等多重優(yōu)勢(shì)

相較PERC和TOPCon，HJT電池具備七大明顯的優(yōu)勢(shì)，使其有望率先從現(xiàn)有的電池片技術(shù)中脫穎而出，成為未來市場(chǎng)的主流。

(1)生產(chǎn)工藝流程短→更高良率和更低人工、運(yùn)維成本：HJT的核心工藝流程僅有4步，即清洗制絨、非晶硅薄膜沉積、TCO膜沉積、金屬電極化，相較PERC和TOPCon電池大幅簡(jiǎn)化。較短的工藝流程有助于提升生產(chǎn)良品率，同時(shí)可降低人工、運(yùn)維等成本。

(2)采用低溫工藝→更小熱損傷：HJT全程在200℃以下的環(huán)境中制成，對(duì)比之下PERC擴(kuò)磷環(huán)節(jié)溫度需高于850℃，TOPCon擴(kuò)硼環(huán)節(jié)溫度則在1100℃以上。低溫工藝有助于減少硅片制備過程中的熱損傷并節(jié)約燃料。

(3)雙面率高→更高發(fā)電量：HJT電池為雙面對(duì)稱結(jié)構(gòu)，電池雙面率最高可達(dá)90%；而PERC和TOPCon在制備過程中均需要對(duì)硅片進(jìn)行背面拋光，雙面率最高僅可達(dá)到75%和85%。更高的雙面率可以提升HJT背面發(fā)電量。

(4)溫度系數(shù)低→更高發(fā)電量：HJT的溫度系數(shù)為-0.24％/℃，比PERC( -0.35％/℃)和(TOPCon -0.30％/℃ )更低，因此，HJT在高溫環(huán)境下的能耗損失更少，發(fā)電量更高。

(5)衰減率低→更高發(fā)電量：HJT的首次衰減為1%、線性衰減為0.25%，低于PERC和TOPCon，這主要是由于HJT無PID和LID效應(yīng)，在25年的長(zhǎng)生命周期內(nèi)，HJT發(fā)電更高。

(6)更適合鈣鈦礦疊層→提效潛力更大：HJT電池主要吸收紅外光，而鈣鈦礦電池對(duì)短波到可見光波長(zhǎng)的光波利用率較高，兩者疊層完成了吸收光譜的“兼收并蓄”，能夠打開理論轉(zhuǎn)換效率的天花板。

(7)更易實(shí)現(xiàn)薄片化→降本空間更大：HJT的雙面對(duì)稱結(jié)構(gòu)，降低了硅片的機(jī)械應(yīng)力，提高了制備過程的整片率；低溫工藝亦減少了硅片受熱發(fā)生翹曲的可能，更有利于薄片化的進(jìn)行。

02HJT提效降本路徑明晰，多方合力推進(jìn)

三大路徑助力降本，提效、薄片化、銀漿成本是重點(diǎn)突破口。HJT電池降低成本可分為三大路徑：

1）提升電池效率攤薄成本，主要通過微晶化、使用UV轉(zhuǎn)光膜、銅電鍍實(shí)現(xiàn)；

2）減薄硅片厚度，降低硅片成本；

3）降低非硅成本，而根據(jù)CPIA和PV-Tech數(shù)據(jù)，非硅成本占比較大的是銀漿、靶材和折舊，其中銀漿占比最大。

漿料價(jià)格主要依賴國(guó)產(chǎn)替代，目前高溫銀漿基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但低溫銀漿仍國(guó)產(chǎn)化不足。漿料耗量則為產(chǎn)業(yè)內(nèi)降低銀漿的重要突破口，包括用銅替代銀（銀包銅和電鍍銅）、優(yōu)化柵線（MBB和0BB）、改進(jìn)印刷（激光轉(zhuǎn)印和鋼板印刷）。

靶材降本則主要通過設(shè)備+疊層+回收+少銦/無銦化。

此外，設(shè)備端目前已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但單GW設(shè)備投資額仍達(dá)3.5-4億元，未來將通過規(guī)模效應(yīng)+零部件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)一步降本。

2.1 提效：微晶提升電池效率，轉(zhuǎn)光膜助力組件發(fā)電量提升

#1微晶：雙面微晶可提升電池效率0.8pct上

得益于更好的光學(xué)性能和電學(xué)性能，微晶化可進(jìn)一步提升HJT效率。微晶硅是指在非晶硅網(wǎng)格中存在大小10nm的晶粒。微晶硅與非晶硅相比具有更好的光電性能，能夠進(jìn)一步提升電池效率，原因是：

1）光學(xué)帶隙寬，微晶硅具有連續(xù)可調(diào)的光學(xué)帶隙，其帶隙變換范圍為1.12ev-2.4ev。吸收的光譜范圍可擴(kuò)展到紅外部分；

2）電導(dǎo)率高，因?yàn)槲⒕Ю镉兄罅康慕Y(jié)晶硅晶粒，能較大提升微晶的電導(dǎo)率。目前單面微晶已經(jīng)量產(chǎn)，電池效率提升約0.5-0.6pct，雙面微晶可在單面微晶基礎(chǔ)上再提效0.3pct，后續(xù)隨著工藝優(yōu)化，預(yù)計(jì)仍有繼續(xù)提效空間。目前已有設(shè)備商交付設(shè)備，據(jù)下游的公司公告數(shù)據(jù)，單面微晶平均效率已超24.7%，較好的可達(dá)25%以上。雙面微晶可進(jìn)一步提效，電池效率將達(dá)25.5%以上。

#2轉(zhuǎn)光膜：提升組件功率1.5%-2%

此前封裝方案包括高透膜和UV截止膜兩類，高透膜組件易衰減，截止膜組件功率低。據(jù)SLAC和NREL團(tuán)隊(duì)研究，與其他類型的電池相比，HJT電池片的非晶硅/微晶硅層更易受到紫外線輻射破壞而在表面產(chǎn)生缺陷，從而導(dǎo)致組件衰減。此前封裝方案包括高透膜和UV截止膜兩類，但各自均存在一定缺陷：

1）高透膜：不過濾紫外線，組件初始功率較高，但隨著戶外使用時(shí)間變長(zhǎng)，組件功率會(huì)快速衰減；

2）UV截止膜：當(dāng)前主流封裝方案，過濾全部的紫外線，雖然能夠顯著降低衰減速度，但HJT電池片本身能夠響應(yīng)一定程度的紫外線，將紫外線過濾后也相應(yīng)地降低了HJT組件的初始功率。

UV轉(zhuǎn)光膠膜助力HJT破除困局，組件端功率可提升1.5%以上。

2.2 降本之硅成本：薄片化持續(xù)推進(jìn)，HJT具備更大減薄空間

HJT結(jié)構(gòu)更適于薄片化。相較PERC和TOPCon，HJT減薄空間更大：

1）良好的雙面對(duì)稱結(jié)構(gòu)能更好適應(yīng)機(jī)械應(yīng)力，降低硅片碎片率；

2）低溫工藝也避免了高溫工藝中曲翹、碎片等問題；

3）HJT鈍化效果更好，薄片后開路電壓提升彌補(bǔ)短路電流下降，整體效率不受明顯影響。

據(jù)薄片測(cè)試數(shù)據(jù)，硅片厚度從140μm減至100μm的過程中，電池效率維持穩(wěn)定，基本保持在25.2%左右。根據(jù)CPIA，2021年HJT主流硅片厚度約150μm，厚度下降空間廣闊，硅片廠商也紛紛加快薄片化進(jìn)程，當(dāng)前龍頭玩家HJT厚度已達(dá)130um，較PERC和TOPCon厚度均領(lǐng)先，據(jù)我們測(cè)算，硅片厚度每下降10um，單瓦硅耗降低約0.1g/w，以硅料價(jià)格不含稅100元/kg測(cè)算，硅片厚度每下降10um硅成本降低0.01元/w。

2.3 降本之非硅成本#1：0BB、電鍍銅、銀包銅齊頭并進(jìn)助力少銀化

2.3.1銀漿在非硅成本中占比高，銀耗銀價(jià)均有大幅下降空間

非硅成本中銀漿占比50%。HJT非晶硅只能在小于200°C的低溫環(huán)境制備，故傳統(tǒng)晶硅電池的高溫銀漿不適合HJT電池。目前HJT行業(yè)均采用樹脂固化的低溫銀漿制作電池電極。銀漿成本高主要由兩大原因?qū)е隆?/p>

1）低溫銀漿不經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)，低溫工藝下電極殘留的其他成分導(dǎo)致電阻率偏高、導(dǎo)電性能偏差，故須增大銀漿用量進(jìn)而降低電阻；同時(shí)，HJT為雙面結(jié)構(gòu)且雙面都需要用純銀，不像PERC電池背面可用銀鋁漿，所以HJT電池銀耗量較高。據(jù)PV-Tech數(shù)據(jù)，2022年HJT電池銀耗量為在18-20mg/W左右，大幅高于PERC電池銀耗量10mg/W和TOPCon電池銀耗量13mg/W；

2）低溫銀漿技術(shù)目前為日本供應(yīng)商壟斷，未能實(shí)現(xiàn)全面全國(guó)化，較高溫銀漿存在溢價(jià)。

未來銀漿價(jià)格和耗量均有較大下行空間：

1）價(jià)格方面，低溫銀漿國(guó)產(chǎn)化有望快速降低銀漿價(jià)格。傳統(tǒng)高溫銀漿廠商積極布局低溫銀漿，目前已初見成效，隨著國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加快，銀漿價(jià)格有望進(jìn)一步降低。

2）耗量方面，0BB、銀包銅、電鍍銅、鋼板印刷、激光轉(zhuǎn)印等金屬化工藝革新進(jìn)步是降低銀耗的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，其中銀包銅和0BB推進(jìn)較快，根據(jù)中科院電工所數(shù)據(jù)，0BB技術(shù)應(yīng)用后銀漿耗量有望下降至12mg/W，電鍍銅則為顛覆性技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)完全無銀化，目前尚以小批量產(chǎn)能為主，規(guī)?；a(chǎn)能或?qū)⒂?4年形成。

2.3.2銀包銅：用銅部分替代銀，降銀效果明顯

銀包銅技術(shù)符合降本增效趨勢(shì)。銀包銅工藝是通過將銀覆蓋在銅粉表面來減少銀的用量，若銀、銅的比例控制得當(dāng)，可在降低銀漿成本的同時(shí)取得良好的轉(zhuǎn)換效率。目前銀包銅主要應(yīng)用于背面副柵。根據(jù)預(yù)測(cè)，隨著23年銀包銅全面導(dǎo)入后，單瓦銀耗可降至10mg/w，降本空間可期。

2.3.3電鍍銅：完全去銀的突破性技術(shù)

電鍍銅為完全去銀突破性技術(shù)。電鍍銅是一種非接觸式的電極金屬化技術(shù)，在基體金屬表面通過電解方法沉積金屬銅制作銅柵線，收集光伏效應(yīng)產(chǎn)生的載流子。跟傳統(tǒng)技術(shù)相比，主要差異在于銅電鍍技術(shù)使用銅做電極而不是銀。

銅電鍍與傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷的差異主要在TCO膜制備工序之后，傳統(tǒng)異質(zhì)結(jié)產(chǎn)線在TCO膜制備之后通過絲網(wǎng)印刷制備電極，而銅電鍍則在TCO鍍膜后主要經(jīng)過圖形化和金屬化兩道工序制備銅柵線。電鍍銅工藝核心為圖形化與金屬化，各工序都存在較多方案：

#1圖形化：包括鍍種子層、制備感光膠層、曝光顯影三步

1） 鍍種子層。若直接在TCO膜層上電鍍銅，銅柵線與TCO膜層之間附著力差且存在脫柵問題，故需要先使用PVD設(shè)備在硅片TCO表面濺射一層100nm的銅種子層來提升附著性能。同時(shí)，亦有廠商使用無種子層方案，例如邁為股份與Sun Drive自2021年起合作研發(fā)的HJT電池均在無種子層電鍍?cè)O(shè)備上完成。

2） 制備感光膠層。感光膠又可分為干膜和濕膜兩大類：

1）干膜是一種負(fù)性低成本光刻膠，通過紫外線照射能產(chǎn)生聚合反應(yīng)（由單體合成聚合物的反應(yīng)過程），形成一種穩(wěn)定的物質(zhì)附著于板面，從而達(dá)到阻擋電鍍和蝕刻的功能。通過貼膜機(jī)，干膜可以通過卷對(duì)卷熱壓，一次在電池雙面覆蓋，工藝簡(jiǎn)單，但成本相對(duì)較高；

2）濕膜一般為感光油墨，可對(duì)紫外感應(yīng)并固化，主要使用油墨印刷機(jī)處理。印刷的過程直接形成柵線圖案，印刷后只需要用紫外或熱烘烤固化完成即可進(jìn)行電鍍，精細(xì)度較干膜稍差，但成本更低，適合于大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)。

3）曝光顯影。主要為光刻技術(shù)，經(jīng)過處理、曝光、顯影后將感光膠上圖形顯現(xiàn)出來。根據(jù)是否使用掩膜版，光刻技術(shù)主要分為掩膜光刻與直寫光刻：

1）掩膜光刻由光源發(fā)出的光束，經(jīng)掩膜版在感光材料上成像，光刻圖形化線路精準(zhǔn)度高，但由于使用材料包含光阻干膜、光罩及顯影劑等昂貴材料，不利于量產(chǎn)及降低生產(chǎn)成本；

2）直寫光刻也稱無掩膜光刻，是指計(jì)算機(jī)控制的高精度光束聚焦投影至涂覆有感光材料的基材表面上，無需掩膜直接進(jìn)行掃描曝光。直寫光刻在光刻精度、對(duì)位精度、良品率、環(huán)保性、生產(chǎn)周期、生產(chǎn)成本、柔性化生產(chǎn)、自動(dòng)化水平等方面均具有優(yōu)勢(shì)，但其激光頭價(jià)格較高。

4）激光開槽。除光刻路線外，圖形化還可使用激光開槽工藝，采用激光去除位于導(dǎo)電金屬層待電鍍區(qū)域上的絕緣掩膜層，以露出導(dǎo)電金屬層的待電鍍區(qū)域，直接形成圖形化掩膜，以此便于后續(xù)對(duì)導(dǎo)電金屬層的待電鍍區(qū)域進(jìn)行電鍍工藝的施工。激光開槽工藝流程簡(jiǎn)單，省去了曝光顯影等步驟，但由于激光能量不易控制，若開槽激光能量不足會(huì)導(dǎo)致無法形成良好的開槽形貌，若激光功率過大則會(huì)損傷TCO膜層，且激光的高溫可能會(huì)損傷HJT的非晶硅層，故當(dāng)前激光開槽工藝尚不適合HJT電池電鍍應(yīng)用。

#2金屬化：包括電鍍銅和后處理兩步，電鍍可分為水平鍍和掛鍍

1）電鍍銅。在硅片正、背面的柵線圖案上電鍍銅，形成銅柵線電極，根據(jù)電池片的放置及傳送方式分為水平和垂直電鍍。1）水平電鍍：電池片在電鍍槽中為水平的鏈?zhǔn)絺鬏敚渲袧L輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)電池片移動(dòng)，其中一側(cè)滾輪為導(dǎo)電材料形成電鍍系統(tǒng)的陰電極。電池在水平傳輸過程中與陰電極滾輪保持連續(xù)的或幾乎連續(xù)的接觸，實(shí)現(xiàn)電鍍；2）垂直電鍍：電鍍槽具有用于待鍍產(chǎn)品通過的電鍍通道，電鍍通道內(nèi)適于容納電鍍液，所述電鍍通道的一端為電鍍進(jìn)口，所述電鍍通道的另一端為電鍍出口，電鍍通道的上方具有用于鋼帶通過的輸送空間。鋼帶用于垂直懸吊待鍍產(chǎn)品，通過鋼帶的驅(qū)動(dòng)以使待鍍產(chǎn)品依次穿過電鍍槽的電鍍進(jìn)口和電鍍出口，實(shí)現(xiàn)電鍍。

水平電鍍性能更優(yōu)，但仍有較多問題需要解決。相較垂直電鍍，盡管水平鍍膜尚存在工藝設(shè)計(jì)難度高等問題，但優(yōu)勢(shì)已較為明顯，主要包括：

1）省去了電鍍?cè)O(shè)備進(jìn)出料端電池片在水平方向與垂直方向之間的轉(zhuǎn)換過程，生產(chǎn)效率更高；

2）不使用掛具，降低了破片率；

3）通過平躺流片的方式，改善了電鍍不均勻的問題，降低電鍍液使用量。

2）后處理。去除感光膠層和種子層等。通過堿性溶液，去除硅片正、背面的感光膠層，通過金屬蝕刻溶液，去除硅片正、背面的銅柵線區(qū)域外的銅種子層。

銅電鍍技術(shù)相較銀漿絲網(wǎng)印刷技術(shù)，可以同時(shí)兼顧降本和提效。提效端：銅電鍍當(dāng)前效率較銀漿提升0.2%，隨著工藝優(yōu)化，預(yù)計(jì)未來電鍍銅較銀漿可以提效0.3%-0.5%，其原理是銅電鍍可以減少光學(xué)損失和電學(xué)損失：

1）銀漿是混合物，而銅柵線是純銅，故銅柵線的電阻率比銀漿低；

2）銅柵線線寬較細(xì)，而低溫銀漿的粘稠性使得制成的柵線線寬較寬，更細(xì)的柵線光學(xué)損失更小。

降本端：使用銅代替銀能有效降低金屬化成本。電鍍銅短期內(nèi)量產(chǎn)成本0.12元/W，預(yù)計(jì)遠(yuǎn)期成本可以降至0.08元/W左右，大幅低于絲網(wǎng)印刷成本。

我們估計(jì)當(dāng)前電鍍藥水/掩膜材料/設(shè)備折舊/運(yùn)行費(fèi)用為0.03/0.03/0.02/0.04元/w，據(jù)我們測(cè)算，未來隨著設(shè)備產(chǎn)能增加、材料成本下降，預(yù)計(jì)成本還有接近50%的下降空間。

目前銅電鍍尚處于產(chǎn)業(yè)化導(dǎo)入階段，部分領(lǐng)先設(shè)備已在下游有驗(yàn)證。

2.3.4 0BB：降銀1/3，蓄勢(shì)待發(fā)

0BB能夠降低1/3的銀耗。0BB即無主柵技術(shù)，在電池片中取消了主柵，采用互聯(lián)焊帶與電池輔柵相連。目前主流HJT玩家銀耗已降至18mg/W左右，其中主柵8mg，副柵10mg，0BB后銀耗將進(jìn)一步下降至12mg/W。

2.3.5激光轉(zhuǎn)印、鋼板印刷：新興金屬化技術(shù)

激光轉(zhuǎn)印、鋼板印刷可以解決傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷存在的缺陷。傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷存在印刷速度低、容易堵網(wǎng)、柵線過寬等問題，因此設(shè)備廠商都在嘗試使用更適合HJT的印刷技術(shù)，目前具有代表性的主要包括激光轉(zhuǎn)印技術(shù)和鋼板印刷技術(shù)。

非接觸印刷減少裂片風(fēng)險(xiǎn)，激光印刷正在驗(yàn)證。激光轉(zhuǎn)印是一種新型的非接觸式的印刷技術(shù)，原理是通過降低柵線寬度以達(dá)到縮減銀耗量的目的。而HJT電池柵線寬度大，銀耗量高，預(yù)計(jì)該技術(shù)在HJT電池上帶來的銀耗量減少效果會(huì)更加顯著。HJT電池目前采用絲網(wǎng)印刷的線寬約40 um，激光轉(zhuǎn)印有望做到22 um，并實(shí)現(xiàn)更均勻、更細(xì)的柵線；另外，傳統(tǒng)擠壓式印刷下硅片過薄容易破碎，而使用非接觸式的激光轉(zhuǎn)印有助于硅片減薄。

鋼板印刷有望取代絲網(wǎng)印刷成降低銀耗新路線。與傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷相比，鋼板印刷采用平整、超強(qiáng)材質(zhì)的合金鋼片為原材料，較絲網(wǎng)印刷的鋼絲+PI結(jié)構(gòu)具有更高的穩(wěn)定性和更長(zhǎng)的使用壽命。同時(shí)，鋼板印刷的細(xì)柵部分是100%的無遮擋結(jié)構(gòu)，克服了絲網(wǎng)印刷技術(shù)下柵線高低起伏、不均勻的問題，從而提高電學(xué)性能。

2.4降本之非硅成本#2：靶材降本多管齊下，少銦化是核心目標(biāo)

設(shè)備優(yōu)化+回收+疊層設(shè)計(jì)助力少銦化。目前市場(chǎng)主流制備TCO薄膜的路線為PVD，使用的靶材為ITO和AZO。在設(shè)備端，通過優(yōu)化載板設(shè)計(jì)和磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，可把銦耗量降低至20mg/W；其次，生產(chǎn)過程中PVD擋板、托盤中也會(huì)殘留ITO，回收利用該部分ITO的成本約250-900元/kg，遠(yuǎn)低于原生銦的成本650-1000元/kg；ITO+AZO疊層設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)效率相當(dāng)情況下銦用量降低50%。

2.5降本之非硅成本#3：設(shè)備投資額未來仍有下降空間

設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加速，未來有望降至2.5-3億元/GW。在2019年之前，HJT設(shè)備未能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，主要依賴進(jìn)口，成本約為10~20億元/GW。2019年后內(nèi)廠商開始推進(jìn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)程，目前國(guó)內(nèi)設(shè)備龍頭企業(yè)均已具備HJT整線設(shè)備供應(yīng)能力，單GW投資金額由早期的10億元以上下降到現(xiàn)在的3.5-4億元，設(shè)備產(chǎn)能也提升至單臺(tái)500-600MW。據(jù)Solarzoom預(yù)計(jì)，隨著核心零部件國(guó)產(chǎn)化（如真空泵、電源國(guó)產(chǎn)化等）降價(jià)，以及設(shè)備產(chǎn)能提升進(jìn)一步攤薄成本，24年HJT整線設(shè)備成本有望降至2.5-3億元/GW。

03HJT尚受成本限制，多路徑降本后產(chǎn)業(yè)化將至

3.1 HJT目前成本仍較高，多因素持續(xù)推進(jìn)降本

提效降本持續(xù)推進(jìn)，預(yù)計(jì)23年組件端成本打平PERC。由于HJT銀漿成本、設(shè)備折舊、靶材成本較高，我們測(cè)算當(dāng)前時(shí)點(diǎn)HJT電池端非硅成本0.33元/w，電池端成本較PERC高出接近0.2元/w。當(dāng)前時(shí)點(diǎn)HJT尚不具備經(jīng)濟(jì)性，短期內(nèi)仍將以降本提效為突破口，目前進(jìn)展較快的包括雙面微晶、轉(zhuǎn)光膜、120um-130um薄硅片、0BB等，隨著這些手段陸續(xù)導(dǎo)入，我們預(yù)計(jì)23年HJT組件端成本將打平PERC，具體降本增效進(jìn)展包括：

1） 當(dāng)前單面微晶提效0.5-0.6pct，雙面微晶可再提效0.3pct，隨著后續(xù)工藝優(yōu)化，雙面微晶仍有進(jìn)一步提效空間。

2） 硅片減薄至120-130um，目前金剛光伏的吳江產(chǎn)線已全面量產(chǎn)使用130 um硅片，同時(shí)下一步目標(biāo)是120um硅片的導(dǎo)入，根據(jù)我們測(cè)算，硅片厚度每下降10um，單瓦硅耗降低約0.1g/w；

3） 當(dāng)前主流玩家銀耗18mg/W（主柵8+副柵10），0BB后耗量有望下降至12mg/W，按銀價(jià)6500元/kg測(cè)算，漿料成本將降至7分/W；

4）轉(zhuǎn)光膜可提升組件功率1.5%-2%。

3.2經(jīng)濟(jì)性限制短期產(chǎn)能投放，大量規(guī)劃產(chǎn)能待落地

由于22年HJT尚不具備經(jīng)濟(jì)性，故22全年落地產(chǎn)能僅11GW左右。隨著薄硅片+銀包銅+0BB+微晶化等降本提效工藝導(dǎo)入，HJT經(jīng)濟(jì)性逐步凸顯，各路玩家紛紛入局，我們預(yù)計(jì)23年HJT新增產(chǎn)能將達(dá)60GW以上，23年全行業(yè)產(chǎn)出20GW。

鈣鈦礦是第三代太陽能電池的佼佼者，自2009年問世以來，僅用十多年時(shí)間實(shí)驗(yàn)室效率便突破至25%以上，直逼晶硅電池，具備較大的產(chǎn)業(yè)化潛力。當(dāng)前鈣鈦礦處于從0到1階段，技術(shù)路線尚未定型。我們分析了鈣鈦礦的四大優(yōu)勢(shì)，以及產(chǎn)業(yè)化仍需解決的兩大挑戰(zhàn)，并對(duì)鈣鈦礦提效降本空間進(jìn)行預(yù)測(cè)。

我們認(rèn)為，從業(yè)績(jī)釋放順序看，新技術(shù)發(fā)展初期設(shè)備商有望最先受益，國(guó)內(nèi)設(shè)備商已陸續(xù)完成出貨交付，其次是TCO玻璃/POE膠膜等輔材廠商，最后是電池廠，24-25年鈣鈦礦電池能夠低成本大規(guī)模量產(chǎn)后，領(lǐng)先電池廠將享有超額收益。從發(fā)展可預(yù)見性看，短期輔材確定性最高，中期設(shè)備商由于技術(shù)路徑未定風(fēng)險(xiǎn)機(jī)遇并存，長(zhǎng)期看電池廠掌握know how，同時(shí)布局電池+整線設(shè)備的玩家最具投資價(jià)值。

鈣鈦礦：極具潛力的新一代光伏技術(shù)

鈣鈦礦及鈣鈦礦電池

鈣鈦礦指一類陶瓷氧化物柔性材料，呈現(xiàn)立方體晶形。鈣鈦礦光伏材料分子式為ABX3，A位離子為大半徑陽離子，B位離子為小半徑陽離子，X位離子為鹵素陰離子。當(dāng)太陽光照在鈣鈦礦材料上時(shí)，太陽光強(qiáng)度大于禁帶寬度時(shí)，鈣鈦礦吸收光子產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。被激發(fā)的電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶上流向電子傳輸層，空穴流向空穴傳輸層，電子與空穴流動(dòng)起來形成外部電流，實(shí)現(xiàn)光能向電能的轉(zhuǎn)換。

鈣鈦礦型太陽能電池（perovskite solar cells），即利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽能電池，屬于薄膜電池的一種。

圖表：鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖

資料來源：reasearchgate、High Tech Campus Eindhoven

需要說明的是：光伏領(lǐng)域的所謂“鈣鈦礦”，指的是一類與鈣鈦礦（CaTiO3）晶體結(jié)構(gòu)類似的“ABX3”化合物，鈣鈦礦材料不是指用狹義的“鈣鈦礦”做的材料，而是具有某種特定結(jié)構(gòu)的材料之總稱。所述“鈣鈦礦”，如無特殊說明，均指代這種類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的光伏材料。

鈣鈦礦電池技術(shù)發(fā)展歷程

鈣鈦礦電池技術(shù), 2009年，日本科學(xué)家Miyasaka最早應(yīng)用在染料敏化太陽電池，當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)換效率僅3.8%。后經(jīng)多國(guó)科學(xué)家研發(fā)迭代，單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率已達(dá)25.80%（2021.10）；硅/鈣鈦礦疊層太陽能電池實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率達(dá)29.80%（2021.11）。

圖表：鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)換效率發(fā)展歷程

數(shù)據(jù)來源：PV-tech

鈣鈦礦電池的主要技術(shù)路線

鈣鈦礦太陽能電池根據(jù)結(jié)構(gòu)區(qū)別，可分為三條主流技術(shù)路線：鈣鈦礦單結(jié)電池、四端鈣鈦礦/晶硅疊層電池、 兩端鈣鈦礦/晶硅疊層電池。

圖表：?jiǎn)谓Y(jié)、四端、兩端鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)圖（從左至右）

數(shù)據(jù)來源：化工儀器網(wǎng)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)

從產(chǎn)業(yè)進(jìn)展來看，目前鈣鈦礦單結(jié)電池國(guó)內(nèi)外已有數(shù)家企業(yè)進(jìn)入中試階段；四端鈣鈦礦/晶硅疊層電池僅有試驗(yàn)性的嘗試，未進(jìn)入中試階段；兩端鈣鈦礦/晶硅疊層電池英國(guó)牛津光伏進(jìn)入中試階段。

圖表：?jiǎn)谓Y(jié)、四端、兩端鈣鈦礦電池的主要對(duì)比

數(shù)據(jù)來源：高瓴Insights

除上述三條主要技術(shù)路線外，學(xué)界還在探究鈣鈦礦型材料適格的具體化合物（ABX3）。根據(jù)多家研報(bào)，目前，甲銨碘化鉛（MAPbI3）是應(yīng)用最廣泛的鈣鈦礦吸光材料，但該化合物含鉛，環(huán)境污染問題較難解決。

鈣鈦礦電池的優(yōu)劣勢(shì)

鈣鈦礦太陽能電池的優(yōu)勢(shì)：1）光電轉(zhuǎn)換效率高；2）制作工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本和材料成本低；3）受溫度影響小。

圖表：鈣鈦礦電池的優(yōu)勢(shì)

同時(shí)作為一種半透明、顏色可調(diào)的輕薄光伏材料，鈣鈦礦電池可剛可柔，而且弱光發(fā)電性比晶硅更好，下游企業(yè)有許多開發(fā)方向可選擇。

鈣鈦礦太陽能電池的存在的幾個(gè)關(guān)鍵問題：1）穩(wěn)定性差；2）大面積制備難；3）環(huán)保問題。

圖表：鈣鈦礦電池存在的關(guān)鍵問題

鈣鈦礦材料指具備化學(xué)通式ABX3的物質(zhì)，其具備連續(xù)可調(diào)的帶隙范圍，并覆蓋最佳帶隙；鈣鈦礦光伏電池（PSCs）則是利用鈣鈦礦材料作為吸光材料的光伏電池，主要結(jié)構(gòu)包含透明導(dǎo)電基底、電子傳輸層、鈣鈦礦活性層、空穴傳輸層和頂電極5部分。

鈣鈦礦電池將光能轉(zhuǎn)化為電能的原理可簡(jiǎn)化為“光子進(jìn)，電子出”。當(dāng)光子能量高于半導(dǎo)體的能帶間隙時(shí)，半導(dǎo)體材料吸收光子并產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，電子-空穴對(duì)被P-I-N結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)分離成自由移動(dòng)的載流子（電子和空穴）。電子和空穴在電場(chǎng)的作用下分別被電子傳輸層和空穴傳輸層抽取并定向傳輸，電子向陰極移動(dòng)，空穴向陽極移動(dòng)，最終被兩端的電極收集并輸送到外部電路。

技術(shù)路線方面，鈣鈦礦單結(jié)電池進(jìn)展較快，已有多家企業(yè)進(jìn)入中試階段。根據(jù)鈣鈦礦光伏電池的結(jié)構(gòu)，可分為三條主流技術(shù)路線：鈣鈦礦單結(jié)電池、四端和兩端鈣鈦礦/晶硅疊層電池。

目前，鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展也面臨著一些難點(diǎn)。主要分三方面：大面積制備、穩(wěn)定性、環(huán)保。

鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)

鈣鈦礦太陽能電池主要由五部分組成，包括透明導(dǎo)電基底、電子傳輸層（ETL）、鈣鈦礦吸光層、空 穴傳輸層（HTL）、金屬電極，具體如下：

1）透明導(dǎo)電基底：一般采用氧化銦錫導(dǎo)電玻璃（ITO） 或者氟摻雜的氧化錫導(dǎo)電玻璃（FTO）。作為其他材料的載體，光線由此射入，將收集到的光電子傳送至外電路。

2）電子傳輸層（ETL）：由致密TiO2和介孔TiO2兩層材料組成。其中，致密TiO2用于阻止導(dǎo)電基底與 鈣鈦礦的直接接觸，避免空穴向?qū)щ娀讉鬏敚唤榭譚iO2為鈣鈦礦生長(zhǎng)提供框架與支撐，形成多孔TiO2/鈣鈦礦混合層，用于傳輸電子。

3）鈣鈦礦吸光層：典型代表為碘化鉛甲胺（MAPbI3， MA=CH3NH3+），用于吸收太陽光產(chǎn)生光電子的活性材料。

4）空穴傳輸層（HTL）：通常使用Spiro-OMeTAD，用于提取與傳輸光生空穴。

5）金屬電極：通過在空穴傳輸層外面蒸鍍一層金獲得，用于傳輸電荷并連接外電路。

圖表：鈣鈦礦電池的結(jié)構(gòu)及工作原理

數(shù)據(jù)來源：CNKI

鈣鈦礦電池主要制備工藝

對(duì)應(yīng)鈣鈦礦的五層結(jié)構(gòu)，電子傳輸層（ETL）、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層（HTL）為制備工藝的核心環(huán)節(jié)，最核心環(huán)節(jié)即鈣鈦礦吸光層的制備。透明導(dǎo)電基底層可外采導(dǎo)電玻璃或柔性片；金屬電極通常通過使用貴金屬真空蒸鍍獲得。

圖表：鈣鈦礦電池主要制備工藝

數(shù)據(jù)來源：中信建投

針對(duì)鈣鈦礦電池最核心的工藝環(huán)節(jié)（鈣鈦礦吸光層的制備），主要包括旋涂法以及氣相法。旋涂法又稱濕法，氣相法又稱為干法。

1）旋涂法：旋涂法工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，為目前主流的鈣鈦礦吸光層制備方法。按照步驟的不同可進(jìn)一步分為一步法、兩步法。其中，一步法指將鈣鈦礦的原料全部加入溶劑中，完全溶解后形成前驅(qū)溶液，前驅(qū)體溶液旋涂于基板上，溶劑在高速旋轉(zhuǎn)中揮發(fā)，溶質(zhì)留在基板上結(jié)晶形成鈣鈦礦薄膜。兩步法指，首先將PbX2溶于溶劑，旋涂在基底上成膜；然后將PbX2浸泡在溶液中或再次旋涂于基板上，與PbX2膜反應(yīng)生成鈣鈦礦。

2）氣相法：包括物理氣相沉積法與化學(xué)氣相沉積法。氣相法適用于大面積器件的制備，同時(shí)可以避免旋涂法制備過程中有毒溶劑的使用。另一方面，由于控制前驅(qū)體的相對(duì)比例并非易事，氣相法對(duì)設(shè)備性能提出較高要求，高質(zhì)量膜層的制備難度較高。

圖表：鈣鈦礦吸光層的制備工藝比較

數(shù)據(jù)來源：眾能光電

鈣鈦礦電池制備主要設(shè)備需求

鈣鈦礦太陽能電池主要設(shè)備包括鍍膜設(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，其中，鍍膜設(shè)備價(jià)值占比約50%。

從上述各設(shè)備的具體作用來說，鍍膜設(shè)備主要應(yīng)用于制備陽極緩沖層、陰極緩沖層、背電極；涂布設(shè)備主要應(yīng)用于制備鈣鈦礦吸光層、晶化；激光設(shè)備主要應(yīng)用于串聯(lián)電池等，主要包括激光膜切與激光清邊。這三大設(shè)備為鈣鈦礦電池核心設(shè)備。

鈣鈦礦設(shè)備/產(chǎn)線投資額經(jīng)濟(jì)性顯著，這也是鈣鈦礦電池技術(shù)備受資本市場(chǎng)追捧的關(guān)鍵之一。對(duì)比晶硅PERC電池，鈣鈦硅太陽能電池產(chǎn)線投資額僅為其約50%（5/9.6）。

圖表：鈣鈦礦電池組件生產(chǎn)線設(shè)備構(gòu)成

注：以協(xié)鑫光電為例。

數(shù)據(jù)來源：協(xié)鑫光電

此外，鈣鈦礦電池技術(shù)下，從原材料到鈣鈦礦組件僅需單一工廠即可完成，流程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短；而現(xiàn)在主流的單晶硅技術(shù)路線，是以產(chǎn)業(yè)鏈形式“硅料-硅片-電池-組件”完成組件交付，流程復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)。

圖表：鈣鈦礦VS晶硅PERC電池產(chǎn)業(yè)鏈投資比較

注：以協(xié)鑫光電為例，左為單結(jié)鈣鈦礦產(chǎn)線，右為PERC產(chǎn)線。

數(shù)據(jù)來源：協(xié)鑫光電

目前第一代晶硅電池為行業(yè)主流，鈍化發(fā)射極和背面觸點(diǎn)（PERC）技術(shù)為行業(yè)成熟技術(shù)，但提效降本空間已逐步減少，邊際成本大幅升高，第一代晶硅電池代表企業(yè)為隆基綠能；第二代薄膜電池具有柔性、轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)電池光敏層材料昂貴且設(shè)備成本高限制其大面積制備及商業(yè)化，第二代薄膜電池的代表性企業(yè)為漢能控股；第三代鈣鈦礦電池具備第二代薄膜電池效率提升速率快、成本低、材料可設(shè)計(jì)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)有望彌補(bǔ)第二代面臨的量產(chǎn)表現(xiàn)與理論優(yōu)勢(shì)條件差距大的問題。

鈣鈦礦材料的優(yōu)異光電特性

廣義鈣鈦礦材料是指具有ABX3型化學(xué)組成的化合物，具有立方對(duì)稱性，B原子與6個(gè)X原子構(gòu)成八面體結(jié)構(gòu)，A原子被共享頂點(diǎn)的8個(gè)八面體骨架包圍，在范德華力作用下保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。其中A代表有機(jī)陽離子；B代表二價(jià)金屬陽離子；X代表鹵素陰離子，A、B、X離子涉及到的元素自然界儲(chǔ)量大，且價(jià)格低廉。

鈣鈦礦材料具有以下特性：（1）材料的高度可設(shè)計(jì)性，通過調(diào)整A、B、X的成分及含量可獲得不同鈣鈦礦材料，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦帶隙與能帶結(jié)構(gòu)的移動(dòng)（1.18-3.02eV），可覆蓋最佳帶隙。（2）優(yōu)異的光捕獲效率，百納米厚度鈣鈦礦材料對(duì)可見光吸收系數(shù)可達(dá)到105cm-1；（3）較淺的缺陷能級(jí)，無論制備條件如何，立方相鈣鈦礦材料較難出現(xiàn)高濃度非輻射電子-空穴復(fù)合中心，對(duì)材料純凈度要求低。

（圖源：協(xié)鑫光電）

鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)及原理

鈣鈦礦電池工作原理主要包括：（1）載流子的產(chǎn)生與分離；（2）載流子擴(kuò)散；（3）載流子的傳輸；（4）載流子被電極收集。單結(jié)鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)為p-i-n結(jié)構(gòu)，主要由5層結(jié)構(gòu)組成：透明電極、電子傳輸層（ETL）、鈣鈦礦光敏層、空穴傳輸層（HTL）、金屬電極。

根據(jù)電池結(jié)構(gòu)，鈣鈦礦電池可以分為3種：平面正式結(jié)構(gòu)、平面反式結(jié)構(gòu)和介孔結(jié)構(gòu)。

平面正式結(jié)構(gòu)研究歷史最久，研究者最多，目前光電轉(zhuǎn)化效率最高，但由于其電子傳輸層材料需要高溫?zé)Y(jié)，限制了柔性基底的選擇；

平面反式結(jié)構(gòu)具有制備工藝簡(jiǎn)單、適合制作疊層電池等優(yōu)勢(shì)，但目前光電轉(zhuǎn)化效率較平面正式結(jié)構(gòu)略低，此方向布局公司包括協(xié)鑫光電、極電光能、無錫眾能；

介孔結(jié)構(gòu)電池優(yōu)勢(shì)為具備高穩(wěn)定性，但由于缺少空穴傳輸層電池效率或受限制，此方向布局公司為萬度光能。

鈣鈦礦疊層電池

疊層電池能夠超過單結(jié)電池的肖克利-奎塞爾效率極限，并且基于鈣鈦礦材料帶隙可設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)的特性，吸收光波段范圍更廣的疊層電池引發(fā)了更多的關(guān)注。一般情況下，底層電池為寬帶隙鈣鈦礦電池，用于吸收高能量光子；頂部電池為窄帶隙鈣鈦礦電池，吸收低能量光子。

（圖源：Science，左為兩端口疊層，右為四端口疊層）

目前研究最多的疊層結(jié)構(gòu)主要有鈣鈦礦-硅疊層和鈣鈦礦-鈣鈦礦疊層，其中從國(guó)內(nèi)廠商的專利布局來看，鈣鈦礦-異質(zhì)結(jié)電池是未來的產(chǎn)業(yè)化方向，這主要是由于異質(zhì)結(jié)電池對(duì)短波段的光吸收較差，與鈣鈦礦疊層效率會(huì)有較大提升，并且具有天然復(fù)合層，結(jié)構(gòu)上更適合制作疊層電池。

鈦礦電池的低穩(wěn)定性主要是由于鈣鈦礦電池材料的化學(xué)不穩(wěn)定性，電池運(yùn)行過程中，正負(fù)極之間存在電勢(shì)差，碘離子在電場(chǎng)中發(fā)生遷移而使鈣鈦礦材料結(jié)構(gòu)而發(fā)生改變。并且，鈣鈦礦光敏材料在水汽條件下易降解，而使鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)化效率大幅降低，因此鈣鈦礦電池對(duì)封裝工藝要求更高。

鈣鈦礦電池穩(wěn)定性影響因素

鈣鈦礦薄膜的均勻大面積生產(chǎn)是影響鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的另一主要因素，而目前生產(chǎn)大面積鈣鈦礦薄膜面臨的主要問題是薄膜的均勻性、鈣鈦礦層的缺陷、透明電極的電阻。目前鈣鈦礦薄膜大面積生產(chǎn)工藝包括狹縫涂覆法、刮刀涂布法、絲網(wǎng)印刷法、噴涂法、氣相沉積法等，其中狹縫涂布法是目前的主流選擇。

鈣鈦礦電池光敏層材料中含有鉛離子，且在水汽條件下，有可能分解產(chǎn)生碘化鉛固體，一方面，需要高效的電池封裝工藝避免鉛泄露；另一方面，研究者們正在研發(fā)無鉛鈣鈦礦電池。

鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換效率天花板高，規(guī)?；当緝?yōu)勢(shì)明顯

鈣鈦礦光伏是第三代光伏技術(shù)的代表之一。光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，其技術(shù)路線可分為三代。第一代是以單晶硅、多晶硅為代表的晶硅光伏。第二代是以非晶硅、碲化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（CIGS）和砷化鎵（GaAs）為代表的薄膜光伏。而第三代則是以染料敏化太陽能電池（DSSCs）、有機(jī)光伏（OPV）、量子點(diǎn)太陽能電池（QDSCs）和鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）等為代表的新興光伏技術(shù)。這些新興技術(shù)尚未大批量進(jìn)入市場(chǎng)，但因低成本、低能耗、質(zhì)輕和制造靈活等優(yōu)點(diǎn)廣受關(guān)注。

鈣鈦礦電池的理論轉(zhuǎn)換效率天花板相對(duì)晶硅電池較高，未來提升潛力大。目前，主流光伏晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率已接近天花板，晶硅組件的實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率為26.7%，量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率約為23-25%，理論轉(zhuǎn)換效率上限為29.3%；而鈣鈦礦單結(jié)電池的實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)化效率為25.7%，理論轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到33%，鈣鈦礦疊層電池的理論轉(zhuǎn)換效率更達(dá)到45%，具有較高的天花板。預(yù)計(jì)未來伴隨鈣鈦礦技術(shù)的逐步成熟，鈣鈦礦電池的光電轉(zhuǎn)換效率具備較高的提升空間。

鈣鈦礦光伏產(chǎn)業(yè)鏈較晶硅光伏顯著縮短，原材料到組件僅需45分鐘。據(jù)協(xié)鑫納米，100兆瓦的鈣鈦礦單一工廠，從玻璃、膠膜、靶材、化工原料進(jìn)入，到組件成型，總共只需45分鐘。而對(duì)于晶硅來說，硅料、硅片、電池、組件需要四個(gè)以上不同工廠生產(chǎn)加工，一片組件完工大概需要三天以上的時(shí)間，用時(shí)差異大。

鈣鈦礦電池產(chǎn)線建設(shè)具備規(guī)模化降本優(yōu)勢(shì)。鈣鈦礦不同規(guī)模產(chǎn)能的成本差異較大，隨著產(chǎn)線產(chǎn)能的提高，平均建設(shè)成本將顯著降低。以纖納光電為例，其目前運(yùn)行的20MW產(chǎn)線投資額為5050萬元，新建的100MW產(chǎn)線投資額為1.21億元，產(chǎn)能提升至原先5倍，投資額僅提升至原投資額的2.4倍，產(chǎn)線建設(shè)總成本具備顯著的規(guī)模化降本效應(yīng)。

鈣鈦礦電池潛力較大，技術(shù)路線百花齊放

晶硅電池實(shí)驗(yàn)室效率已逐漸接近理論極限29.4%，未來進(jìn)步空間有限。第二代薄膜電池盡管理論上性價(jià)比較高，但量產(chǎn)效率和成本均表現(xiàn)不佳。鈣鈦礦是第三代太陽能電池的佼佼者，自2009年問世以來，僅用十多年時(shí)間實(shí)驗(yàn)室效率便突破至25%以上，直逼晶硅電池，具備較大的產(chǎn)業(yè)化潛力。當(dāng)前鈣鈦礦處于從0到1階段，技術(shù)路線尚未定型，設(shè)備、材料、工藝百花齊放，多路徑共存，不同路徑都有跑通的可能。近兩年來鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程明顯加速，已有多個(gè)百兆瓦級(jí)產(chǎn)線投產(chǎn)，GW級(jí)產(chǎn)線亦有望于近兩年陸續(xù)落地。

較晶硅存在四大優(yōu)勢(shì)，但產(chǎn)業(yè)化仍需解決大面積備制與穩(wěn)定性兩大挑戰(zhàn)

相較晶硅電池，鈣鈦礦帶隙可調(diào)整、材料耗量低、純度要求低、弱光效應(yīng)好且具備柔性制造能力，因此具有理論效率更高、理論成本更低、發(fā)電量更高、應(yīng)用場(chǎng)景更廣四大優(yōu)勢(shì)。但鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化仍有兩大痛點(diǎn)需要解決，即大面積備制效率降低以及穩(wěn)定性較差，各廠商從設(shè)備、工藝、配方多種維度出發(fā)，提出優(yōu)化結(jié)晶、鈍化缺陷、加強(qiáng)封裝、材料改性等多種思路，解決方案已初現(xiàn)雛形，待該兩大痛點(diǎn)解決后，鈣鈦礦成長(zhǎng)空間將進(jìn)一步打開。

鈣鈦礦降本增效空間較大，未來空間星辰大海

鈣鈦礦降本增效空間較晶硅更大。

提效端，單結(jié)鈣鈦礦理論效率33%，遠(yuǎn)高于晶硅的29.4%，目前主流大面積產(chǎn)線單結(jié)效率在15%左右，尚有較大提升空間，短期內(nèi)界面工程、材料改性等多路徑并行提效，長(zhǎng)期看，疊層將進(jìn)一步打開效率天花板，雙結(jié)/三結(jié)理論效率高達(dá)45%/49%，產(chǎn)業(yè)端已有企業(yè)開始布局。

降本端，我們預(yù)計(jì)鈣鈦礦極限成本可降至0.6-0.7元/W，為晶硅極限成本的60-70%。

當(dāng)鈣鈦礦效率達(dá)到18%，壽命15年時(shí)LCOE即可基本打平晶硅，大規(guī)模量產(chǎn)將開始具備商業(yè)化條件。遠(yuǎn)期鈣鈦礦效率達(dá)到25%，壽命15年時(shí)LCOE將降至0.24元/W左右，較晶硅更優(yōu)。

關(guān)注從0到1投資機(jī)會(huì)

鈣鈦礦目前尚處于從0到1階段，但產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展明顯加速，預(yù)計(jì)今年將有接近1GW的中試線擴(kuò)產(chǎn)，爬產(chǎn)順利情況下，頭部參與者有望于今年啟動(dòng)GW級(jí)產(chǎn)線招標(biāo)，24-25年有望看到多條GW級(jí)產(chǎn)線落地。

從業(yè)績(jī)釋放順序看，新技術(shù)發(fā)展初期設(shè)備商有望最先受益，國(guó)內(nèi)設(shè)備商已陸續(xù)完成出貨交付，其次是TCO玻璃/POE膠膜等輔材廠商，最后是電池廠，24-25年鈣鈦礦電池能夠低成本大規(guī)模量產(chǎn)后，領(lǐng)先電池廠將享有超額收益。

從發(fā)展可預(yù)見性看，短期輔材確定性最高，中期設(shè)備商由于技術(shù)路徑未定風(fēng)險(xiǎn)機(jī)遇并存，長(zhǎng)期看電池廠掌握know how，同時(shí)布局電池+整線設(shè)備的玩家最具投資價(jià)值。

鈣鈦礦：第三代電池佼佼者，產(chǎn)業(yè)化潛力較大

鈣鈦礦十年時(shí)間效率直逼晶硅，發(fā)展前景廣闊

太陽能電池是一種利用光生伏特效應(yīng)使得太陽能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件。在數(shù)十年間，太陽能電池的發(fā)展已進(jìn)入到了第三代，種類也得到了極大的豐富。其中，第一代電池主要為晶硅太陽能電池，是目前技術(shù)最為成熟、商業(yè)化最為成功的太陽能電池，但仍存在著制備工藝復(fù)雜、對(duì)硅料純度要求較高等問題；第二代為化學(xué)薄膜太陽能電池，主要以CdTe、GaAs、CIGS為代表。與晶硅電池相比，這類電池所需材料少，成本低而且轉(zhuǎn)化效率高，已經(jīng)逐步進(jìn)入到商業(yè)化的進(jìn)程中，但其活性層具有部分稀有元素與重金屬元素，價(jià)格昂貴，難以應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)；第三代為新型薄膜太陽能電池，如鈣鈦礦太陽能電池（PSCs），染料敏化太陽能電池（DSSC），有機(jī)太陽能電池（OSC）等。它們具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、原料儲(chǔ)量豐富、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)，在效率提升和降本等方面均具備較大潛力，受到全球?qū)W術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。

鈣鈦礦物質(zhì)的化學(xué)通式為ABX3，正八面體結(jié)構(gòu)。在太陽能電池的應(yīng)用中，A為單價(jià)陽離子，通常為甲胺陽離子(MA+，CH3NH3+)、Cs+或甲脒陽離子(FA+，(NH2)2CH+)，X為鹵素陰離子(Cl-、Br-、I-)，B包括Pb2+、Sn2+、Bi2+等。

晶硅實(shí)驗(yàn)室效率陷入瓶頸，鈣鈦礦實(shí)驗(yàn)室效率十余年間超越晶硅。晶硅電池效率在1970年代達(dá)到了13%、14%，2017年后停留在26.7%。而鈣鈦礦最早在2009年由日本科學(xué)家首次用于發(fā)電，轉(zhuǎn)換效率僅3.8%。2012年，牛津大學(xué)的Henry Snaith發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦可以用作太陽能電池的主要成分，而不僅僅是用作敏化劑，由此太陽能光伏研究領(lǐng)域正式開始使用合成鈣鈦礦。經(jīng)過10余年發(fā)展，單結(jié)鈣鈦礦電池的實(shí)驗(yàn)室效率已達(dá)25.6%，接近由隆基22年11月創(chuàng)造的HJT晶硅電池26.8%的實(shí)驗(yàn)室效率紀(jì)錄。單結(jié)鈣鈦礦電池理論轉(zhuǎn)化效率可達(dá)33%，高于晶硅電池極限效率29.4%。

結(jié)構(gòu)多樣，材料體系尚未定型

主流結(jié)構(gòu)分為介孔、正式平面、反式平面

鈣鈦礦電池由多個(gè)功能層堆疊形成，其結(jié)構(gòu)大致可分為三類：介孔結(jié)構(gòu)、正式平面結(jié)構(gòu)和反式平面結(jié)構(gòu)，其中：

1）介孔結(jié)構(gòu)是最早誕生的鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)在于采用二氧化鈦?zhàn)鳛榻榭坠羌?，?shí)現(xiàn)電子的轉(zhuǎn)移運(yùn)輸，具有成膜均勻光滑、光電轉(zhuǎn)換效果好等優(yōu)點(diǎn)。然而，介孔結(jié)構(gòu)往往需要進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，不利于大規(guī)模量產(chǎn)和柔性器件的制備；

2）正式平面結(jié)構(gòu)與介孔結(jié)構(gòu)較為類似，但不存在介孔電子傳輸層，減少了高溫?zé)Y(jié)二氧化鈦的過程，制備工藝更為簡(jiǎn)單，且相較介孔結(jié)構(gòu)能獲得更高的開路電壓。但由于缺失介孔層，正式平面結(jié)構(gòu)的電池對(duì)空間電場(chǎng)的分散能力更弱，因此轉(zhuǎn)化效率略遜色于介孔結(jié)構(gòu)。另外，正式平面結(jié)構(gòu)往往使用濕度、熱穩(wěn)定性較差的有機(jī)空穴傳輸層，影響了電池的穩(wěn)定性。

3）反式平面結(jié)構(gòu)的基本組成依次為TCO玻璃、空穴傳輸層、鈣鈦礦層、電子傳輸層和金屬電極，其電荷的流向與正式結(jié)構(gòu)不同，空穴流向?qū)щ姴Ａ?、電子則流向金屬對(duì)電極。反式結(jié)構(gòu)還具有制備工藝簡(jiǎn)單、成膜溫度更低、與疊層電池器件結(jié)構(gòu)的兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，是鈣鈦礦電池廠商產(chǎn)業(yè)化過程中采用的主流結(jié)構(gòu)，但光電轉(zhuǎn)換效率相較正式結(jié)構(gòu)仍具有與一定差距。

材料體系尚未定型，不同膜層均有多種選擇

TCO導(dǎo)電玻璃：產(chǎn)業(yè)上常用的TCO導(dǎo)電玻璃分為ITO、FTO和AZO玻璃三類，分別采用In2O3、SnO2和ZnO作為靶材。ITO具有電導(dǎo)率高、透過率高等優(yōu)點(diǎn)，曾廣泛應(yīng)用于光伏領(lǐng)域，但產(chǎn)業(yè)對(duì)光吸收性能要求趨嚴(yán)，使得TCO玻璃必須具備增強(qiáng)光散射的能力，而ITO很難實(shí)現(xiàn)這一要求，因此逐漸被FTO所取代。FTO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(diǎn)，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(jiǎn)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。

電子傳輸層（ETL）：產(chǎn)業(yè)端常用的電子傳輸層材料包括金屬氧化物、有機(jī)小分子和復(fù)合材料，其中金屬氧化物有二氧化鈦(TiO2)和二氧化錫(SnO2)，有機(jī)小分子主要為富勒烯及其衍生物，復(fù)合材料包括通過絕緣材料框架與TiO2構(gòu)成復(fù)合材料如TiO2/Al2O3、摻雜其他元素如釔的石墨烯/TiO2納米顆粒復(fù)合材料。二氧化鈦是最早且應(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(jí)較為匹配，能夠有效實(shí)現(xiàn)電子傳輸并阻擋空穴，而且價(jià)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(shí)現(xiàn)對(duì)TiO2的替代。

鈣鈦礦吸光層：吸光層采用的材料一般為有機(jī)-無機(jī)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(chǔ)備極為豐富，且配制前驅(qū)體溶液不含復(fù)雜工藝，對(duì)試劑純度要求不高。

空穴傳輸層（HTL）：空穴傳輸層材料可分為有機(jī)材料和無機(jī)材料兩大類。最常用的有機(jī)材料是Spiro-OMeTAD、PTAA、PEDOT:PSS等。然而有機(jī)空穴材料合成復(fù)雜，價(jià)格昂貴，主要為實(shí)驗(yàn)室使用，且PEDOT:PSS等部分材料還具有酸性和吸濕性，會(huì)使得鈣鈦礦的吸光層材料衰減加速。產(chǎn)業(yè)端多采用無機(jī)材料來代替有機(jī)材料，以提升電池壽命、降低生產(chǎn)成本。常用的無機(jī)空穴材料包括Cu2O、CuI、CuSCN、NiOx等。無機(jī)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(shì)，但目前HTL采用無機(jī)材料時(shí)，鈣鈦礦電池的效率表現(xiàn)不及使用有機(jī)空穴傳輸材料。

電極層：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。

備制路徑百花齊放，主流方法包括涂布/RPD/蒸鍍/磁控濺射

以反式平面結(jié)構(gòu)為例，鈣鈦礦的工藝流程大體包括如下步驟，其中鈣鈦礦膜層備制難度最高，鈣鈦礦/HTL/ETL層備制均存在不同技術(shù)路線：頂電極ITO/FTO玻璃入線→激光刻蝕→清洗→制備空穴傳輸層→退火/干燥→制備鈣鈦礦吸光層→退火烘干→制備電子傳輸層→退火/干燥→激光刻蝕→制備電池層→激光刻蝕→激光清邊→測(cè)試分揀→封裝。

鈣鈦礦吸光層制備工藝：實(shí)驗(yàn)室一般為旋涂，產(chǎn)業(yè)界以涂布為主流

鈣鈦礦吸光層的制備技術(shù)百花齊放，大致可分為五大類，分別為(1)溶液涂布法：具體包含有刮刀涂布法、狹縫涂布法和絲網(wǎng)印刷法；(2)旋涂法：具體可分為一步旋涂法和兩步旋涂法；(3)噴涂法和噴墨打印法；(4)軟膜覆蓋法；(5)氣相沉積法。

電子傳輸層&空穴傳輸層&電極層備制存在較多選擇路徑

透明導(dǎo)電基底往往從玻璃廠商處直接采購(gòu)獲得，而后企業(yè)再對(duì)其進(jìn)行刻蝕處理等以完成后續(xù)功能層制備。電子傳輸層沉積和空穴傳輸層沉積的技術(shù)路線較為相似，基本包含PVD（包含磁控濺射和蒸鍍法）、反應(yīng)等離子沉積(RPD)和狹縫涂布三大類，電極層則主要使用PVD技術(shù)。目前，工業(yè)界制備鈣鈦礦電池的主流路線包括PVD→PVD→狹縫涂布→RPD (或PVD) → PVD、PVD→狹縫涂布→狹縫涂布→狹縫涂布→PVD和PVD→PVD→氣相沉積→PVD→PVD三大類，不同路徑均有各自優(yōu)缺點(diǎn)，尚未形成統(tǒng)一技術(shù)路徑。

激光：將大尺寸組件劃片成小尺寸電池串聯(lián)，四道工序，暫不存在路線分歧

鈣鈦礦電池制備過程中，還需利用激光設(shè)備對(duì)電池進(jìn)行激光刻蝕和激光清邊。激光刻蝕的主要目的是使用激光劃線打開膜層，阻斷導(dǎo)通，從而形成單獨(dú)的模塊、實(shí)現(xiàn)電池分片，主要用于P1、P2和P3層。通常情況下P1為FTO導(dǎo)電玻璃，P2層是鈣鈦礦吸光層，P3則一般是鍍金或者鍍銀材料。在進(jìn)行激光刻蝕的過程中，一般需保證激光刻蝕線寬與刻蝕線間距精確度，并且不會(huì)對(duì)之前的層級(jí)造成損傷。P4層則主要利用激光設(shè)備實(shí)現(xiàn)激光清邊，對(duì)電池的邊緣進(jìn)行絕緣處理，去除無效區(qū)域。

封裝工藝與晶硅相似度較高

鈣鈦礦封裝工藝與晶硅相似度較高，主要流程為層壓，封裝核心輔材為POE膠膜與丁基膠。以協(xié)鑫光電為例，協(xié)鑫采用了包含兩個(gè)封裝層的封裝工藝，具體流程為：

(1)首先，需要先在鈣鈦礦太陽能電池的外周表面制備1nm 1000nm的第一封裝層。第一封裝層由致密的金屬化合物沉積而形成，用于阻隔鈣鈦礦電池與外界進(jìn)行物質(zhì)交換。金屬化合物可以選擇Al2O3、TiO2、SnO2、ZnO、ZnS等，制備則可以采用化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)中的任意一種工藝。

(2)隨后，再在第一封裝層的表面施加熱熔膠形成第二封裝層，材質(zhì)可使用POE膜，厚度為100μm 2mm。

(3)最后，采用層壓機(jī)使得熱熔膠膜與第一封裝層和背板粘結(jié)在一起，最終形成鈣鈦礦電池組件完整的封裝結(jié)構(gòu)。

設(shè)備、電池、輔材是鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)鏈投資核心環(huán)節(jié)

鈣鈦礦電池上游主要包括原材料和設(shè)備兩部分，其中，原材料有鈣鈦礦材料、TCO導(dǎo)電玻璃、膠膜以及光伏玻璃；產(chǎn)業(yè)鏈中游則是眾多鈣鈦礦電池廠商，協(xié)鑫光電、纖納光電和極電光能等龍頭企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度領(lǐng)先；下游則可應(yīng)用于光伏產(chǎn)業(yè)、LED、BIPV等眾多領(lǐng)域。

從各功能層的生產(chǎn)需求而言，鈣鈦礦產(chǎn)線所需設(shè)備大致有真空設(shè)備、涂布設(shè)備及激光設(shè)備三大類。其中，真空設(shè)備包括磁控濺射儀、反應(yīng)式等離子體鍍膜設(shè)備（RPD）設(shè)備和蒸鍍機(jī)，涂布設(shè)備主要用于鈣鈦礦吸光層的制備，激光設(shè)備則主要用于對(duì)電池進(jìn)行激光刻蝕和激光清邊。

鈣鈦礦電池具備多優(yōu)勢(shì)，但仍有兩大挑戰(zhàn)需解決

理論效率更高、理論成本更低、發(fā)電量更高、應(yīng)用場(chǎng)景更廣

相較晶硅，鈣鈦礦具理論效率更高、理論成本更低、發(fā)電量更高、應(yīng)用場(chǎng)景更廣四大優(yōu)勢(shì)。

優(yōu)勢(shì)一 極限效率高

鈣鈦礦電池的極限轉(zhuǎn)換效率高于傳統(tǒng)晶硅太陽能電池，這主要得益于鈣鈦礦材料的禁帶寬度與最優(yōu)帶隙的區(qū)間極為接近。此外，鈣鈦礦材料帶隙寬度連續(xù)可控，使其便于與晶硅電池制成高效疊層器件，可進(jìn)一步打開理論轉(zhuǎn)化效率的天花板。

(1)禁帶寬度適宜：?jiǎn)谓Y(jié)太陽能電池吸光層材料的最優(yōu)帶隙區(qū)間為1.3-1.5eV，而MAPbI3、FAPbI3等常用鈣鈦礦材料的禁帶寬度在1.5-1.6eV的區(qū)間內(nèi)，理論轉(zhuǎn)化效率均可超過30%。

(2)材料帶隙寬度連續(xù)可控：A、B、X含量不同可獲得不同組分的鈣鈦礦材料，相應(yīng)材料的帶隙和能級(jí)分布也會(huì)產(chǎn)生差異。若對(duì)鈣鈦礦的A、B、X位進(jìn)行組分調(diào)控，可將帶隙寬度在1.17-2.8eV內(nèi)做到連續(xù)可控。帶隙的大小決定了電池吸收光子的能量范圍，因此可調(diào)的帶隙寬度為鈣鈦礦和晶硅電池疊層器件的制備提供了多種選擇，利于實(shí)現(xiàn)兩者吸收光譜的互補(bǔ)，光電轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá) 47%。

(3)鈣鈦礦電池效率直接等同于組件功率。目前TOPCon電池片的量產(chǎn)效率大約為25%，但是封裝成組件效率后的效率一般為22%左右，具有2%-3%的組件效率損失（CTM Loss），而鈣鈦礦電池則沒有CTM Loss，電池片效率直接可比組件功率，在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中具有顯著優(yōu)勢(shì)。

優(yōu)勢(shì)二 成本低

相較于傳統(tǒng)晶硅電池，鈣鈦礦電池具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在初始投資額、材料成本與能耗成本三大方面。

(1)初始投資額低：待技術(shù)成熟后，5-10GW鈣鈦礦電池的設(shè)備投資金額約為5-6億元/GW，是晶硅電池的整套產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)備成本的1/2左右。

(2)材料成本低：鈣鈦礦材料具備優(yōu)異的光吸收能力，光吸收系數(shù)達(dá)105的量級(jí)，因此原材料用量低，電池吸光層的厚度很薄，在材料成本方面具備優(yōu)勢(shì)。鈣鈦礦吸光層的厚度大約為400nm左右，與除玻璃外的其他功能層合計(jì)厚度約為1um，而晶硅電池中的硅片厚度通常為150um。

(3)能耗成本低：鈣鈦礦電池的制備對(duì)原材料純度要求較低，通常90%左右純度的原材料即可制造出效率在20%以上的鈣鈦礦電池。而晶硅電池對(duì)材料純度要求極高，需要達(dá)到99.9999%以上，這使得鈣鈦礦電池不需要和晶硅電池一樣進(jìn)行高溫提純的步驟，從而有效減低了能耗。據(jù)我們測(cè)算，晶硅的制造能耗約為0.31 KWh/W，而鈣鈦礦組件的制造能耗僅為0.12KWh/W。

優(yōu)勢(shì)三 發(fā)電量高

(1)抗衰減性強(qiáng)，無PID、LID效應(yīng)：PID和LID效應(yīng)是造成晶硅電池效率衰減的重要原因，其中，PID效應(yīng)主要由于鈉離子在電場(chǎng)影響下向電池片表面移動(dòng)并富集而造成，LID效應(yīng)則來源于硼元素的擴(kuò)散，這些雜質(zhì)的擴(kuò)散往往是百萬分之一級(jí)別的。鈣鈦礦材料對(duì)雜質(zhì)的容忍度顯著優(yōu)于晶硅材料，百萬分之一級(jí)別的雜質(zhì)的形成和擴(kuò)散并不會(huì)顯著影響鈣鈦礦電池的發(fā)電性能，因此，鈣鈦礦電池具有良好的抗衰減性。光電數(shù)據(jù)表明，在實(shí)驗(yàn)室層面，鈣鈦礦電池可實(shí)現(xiàn)9000小時(shí)連續(xù)工作而無衰減，晶硅電池則在工作1000小時(shí)左右就會(huì)出現(xiàn)衰減現(xiàn)象。

(2)低熱斑效應(yīng)、低溫度系數(shù)：鈣鈦礦電池還具有低熱斑效應(yīng)、低溫度系數(shù)的特點(diǎn)，相較傳統(tǒng)晶硅電池而言在高溫環(huán)境下的能耗損失更少，組件的輸出性能更佳。

(3)弱光效應(yīng)好：早上5點(diǎn)-晚上9點(diǎn)鈣鈦礦電池均可發(fā)電，陰雨天也能有較好的發(fā)電效果。

優(yōu)勢(shì)四 輕薄美觀，應(yīng)用場(chǎng)景豐富

BIPV（光伏建筑一體化）是一種將光伏發(fā)電設(shè)備集成到建筑上的專業(yè)技術(shù)，既實(shí)現(xiàn)了可再生能源的應(yīng)用，又降低了建筑能耗。但BIPV組件較為追求外觀設(shè)計(jì)、且需要具備較好的透明度，這恰恰是晶硅電池的劣勢(shì)所在。而鈣鈦礦材料具有輕薄美觀、安裝便利、顏色可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，因此可制成均勻柔和的透光、彩色玻璃，實(shí)現(xiàn)光伏組件的實(shí)用性與建筑設(shè)施的美學(xué)完美融合，是目前BIPV材料的最優(yōu)解。

產(chǎn)業(yè)化尚存在大面積效率低、穩(wěn)定性差兩大疑慮，部分問題已有解決方案

盡管鈣鈦礦電池的上述優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到了業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)可，但其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中仍存在著兩大痛點(diǎn)亟待解決，即大面積備制效率降低、穩(wěn)定性較差。目前產(chǎn)業(yè)端已出現(xiàn)多種解決思路，部分問題已有解決之道。

產(chǎn)業(yè)化疑慮#1：大面積效率低

鈣鈦礦在備制大面積效率損失嚴(yán)重，主要有兩個(gè)原因：1）鈣鈦礦薄膜本身在大面積制備時(shí)工藝不成熟不夠均勻?qū)е鲁赡べ|(zhì)量差，效率下降；2）大面積薄膜組件進(jìn)行激光劃線后產(chǎn)生的電阻損耗、并產(chǎn)生死區(qū)。

針對(duì)大面積效率低的問題，主要從工藝、設(shè)備兩方面解決，目前業(yè)界已形成了初步的解決方案。

大面積備制鈣鈦礦層主要采用狹縫涂布和蒸鍍兩種方式，差別在于成本和成膜質(zhì)量之間權(quán)衡：

1）狹縫涂布法可以理解為兩步，第一步是涂布溶液，需要保證涂布溶液物理上的均勻性，該步驟對(duì)涂布的工藝要求并沒有超過面板行業(yè)，已有相對(duì)成熟解決方案，第二步為干燥結(jié)晶，需要保證成膜過程中的化學(xué)一致性，為涂布法核心難點(diǎn)所在，目前產(chǎn)業(yè)端主要通過風(fēng)刀、紅外等方式干燥結(jié)晶，但由于不同廠家配方不同，粘度、揮發(fā)性等指標(biāo)也有所差異，故結(jié)晶工序需要工藝、設(shè)備、配方三大體系相適配，生產(chǎn)know how的積累與工藝改進(jìn)仍有較大的空間。

2）真空蒸鍍成膜質(zhì)量較狹縫涂布更好，但是由于需要使用價(jià)格昂貴的真空設(shè)備、生產(chǎn)效率低、靶材利用率低，故目前生產(chǎn)成本較高，且隨著鈣鈦礦配方越來越復(fù)雜，共蒸過程中對(duì)蒸發(fā)源設(shè)計(jì)、化學(xué)計(jì)量控制難度也會(huì)進(jìn)一步提升。

激光劃線產(chǎn)生電阻損耗、熱損傷、死區(qū)，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)域三大方向：

1）大面積薄膜組件需要?jiǎng)澐趾髮⑿‰姵鼗ミB，但劃線后也會(huì)帶來損耗造成電池效率降低。目前鈣鈦礦分割成小電池主要采用激光劃線，P1、P2、P3三道工藝劃線后使得劃線一側(cè)的頂部電極連接到劃線另一側(cè)的背面電極，從而形成串聯(lián)效果。但是劃線后頂電極和背電極接觸的地方會(huì)形成互聯(lián)電阻，從而產(chǎn)生功率損耗，且激光劃片過程中產(chǎn)生的熱損傷也會(huì)對(duì)鈣鈦礦層造成一定程度破環(huán)，進(jìn)而導(dǎo)致效率的降低。目前解決思路主要為提高激光劃線精度并優(yōu)化劃線區(qū)域。

2） P2劃線區(qū)域鈣鈦礦層與金屬電極接觸，Ag容易與鈣鈦礦在界面處反應(yīng)生成AgI或AgBr，從而大幅度降低金屬電極的電導(dǎo)率，增大串聯(lián)電阻。目前實(shí)驗(yàn)室可通過添加隔離層，減少鈣鈦礦層與金屬電極的接觸可采用光刻工藝添加光刻膠隔離層，防止兩者接觸解決。

3）激光劃線過程中會(huì)產(chǎn)生不能發(fā)電的死區(qū)，通過采用高精度的精光設(shè)備，可以相當(dāng)程度上減少死區(qū)面積，進(jìn)而提升大尺寸電池效率。

產(chǎn)業(yè)化疑慮#2：穩(wěn)定性差

鈣鈦礦穩(wěn)定性差由環(huán)境因素和內(nèi)部因素共同影響所導(dǎo)致。鈣鈦礦的吸光層的穩(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。同時(shí)，吸光層還會(huì)與電荷傳輸層和電極材料影響。以正向結(jié)構(gòu)為例，TiO2/ZnO作為電子傳輸層在光照下產(chǎn)生光生空穴催化分解吸光層；Spiro-OMeTAD作為空穴傳輸層易受吸光層碘離子擴(kuò)散影響而電荷傳輸性能下降，且一般會(huì)添加少量有機(jī)鹽來優(yōu)化spiro-OMeTAD的導(dǎo)電性，例如鋰鹽、鈷鹽等，這些添加劑具有較強(qiáng)的吸濕性，極易造成spiro-OMeTAD的性能衰減和鈣鈦礦的分解。電極材料常用貴金屬，但金屬原子易擴(kuò)散造成吸光層分解，且鈣鈦礦材料具有明顯的離子特性，易發(fā)生離子遷移，吸光層的碘離子也會(huì)腐蝕金屬電極，如銀金屬電極和鈣鈦礦層中的碘反應(yīng)生成AgI。

材料、結(jié)構(gòu)、工藝協(xié)同進(jìn)步，提供鈣鈦礦穩(wěn)定性破局之道。目前可從材料配方、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、封裝工藝加強(qiáng)鈣鈦礦器件的穩(wěn)定性。封裝是給器件提供最外層的保護(hù)，目前產(chǎn)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。針對(duì)鈣鈦礦本身內(nèi)部的不穩(wěn)定，優(yōu)化可以從材料和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面入手，主要包括各個(gè)膜層的材料改性、界面工程、使用復(fù)合電極等手段。

維度1：加強(qiáng)封裝

POE膠膜+丁基膠的封裝方案能有效解決水氧等外部因素導(dǎo)致的不穩(wěn)定性。鈣鈦礦封裝方式類似晶硅，但在材料的使用上需要采用POE膠膜+丁基膠封邊的形式：

1）EVA不可能100%聚合，未聚合的單體含有羧酸可能與鈣鈦礦吸光層的氨基（比如甲胺中含有氨基）發(fā)生反應(yīng)，故鈣鈦礦封裝需采用POE。此外，POE阻水性遠(yuǎn)優(yōu)于EVA，POE水汽透過率僅2-5g*m^2/day，大幅低于EVA的20-40g*m^2/day并有更強(qiáng)的紫外線穩(wěn)定性。

2）丁基膠的水汽透過率比天然橡膠少了超過一個(gè)數(shù)量級(jí)，使用丁基膠進(jìn)行邊緣封裝將進(jìn)一步減少水汽入侵。據(jù)賽伍技術(shù)實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)硅膠的水汽透過率為84g*m^2/day，而使用丁基膠后水汽透過率僅為0.25g*m^2/day。

維度2：材料改性

材料配方包括吸光層、電荷傳輸層和電極材料的改良，主要優(yōu)化包括：

1）吸光層：鈣鈦礦吸光層較不穩(wěn)定，可混合比如具有更小離子半徑的Cs+，提升FA+和碘化物之間的相互作用，但提高Cs+含量會(huì)效率會(huì)有一定程度下降，需要進(jìn)行權(quán)衡與優(yōu)化。

2）空穴傳輸層：目前常用的空穴傳輸層有摻雜后的Spiro-OMeTAD、PEDOT:PSS。但是摻雜后的Spiro-OMeTAD吸水性強(qiáng)，不穩(wěn)定，PEDOT:PSS價(jià)格低廉且導(dǎo)電性能良好，但其本身呈現(xiàn)弱酸性，會(huì)腐蝕基底及鈣鈦礦材料，影響器件穩(wěn)定性。目前產(chǎn)業(yè)端多換無機(jī)材料，比如氧化鎳，但會(huì)導(dǎo)致效率出現(xiàn)一定下降。

3）電子傳輸層：傳統(tǒng)的TiO2/ZnO作為在光照下產(chǎn)生光生空穴催化分解吸光層。SnO2不易受光分解，且?guī)秾?、吸濕性低和酸容忍性好，目前SnO2應(yīng)用于電子傳輸層已較多。

維度3：結(jié)構(gòu)優(yōu)化

鈣鈦礦電池是類三明治結(jié)構(gòu)，且鈣鈦礦層是離子晶體，很難避免離子遷移的問題，中間的鈣鈦礦材料很容易受到相鄰電荷傳輸層的影響，空穴傳輸層和電子傳輸層也分別會(huì)受到來自陽極和陰極的影響。當(dāng)前主流解決思路包括兩大類：

1）通過在鈣鈦礦電池中加入緩沖層方法，可有效降低相鄰層之間的影響：解決內(nèi)部穩(wěn)定性需要重點(diǎn)解決離子遷移問題，離子遷移需要通道，目前實(shí)驗(yàn)室已有增加緩沖層提高器件穩(wěn)定性研究，未來單獨(dú)備制緩沖層是可行的發(fā)展方向，但由于額外備制膜層會(huì)增加成本，目前產(chǎn)業(yè)界尚未有廠商采用加入緩沖層的工序。

2）備制復(fù)合電極：Ag在界面處與鈣鈦礦層擴(kuò)散的碘離子形成AgI，目前復(fù)合電極一般做成ITO-銅-ITO結(jié)構(gòu)，ITO直接跟組件結(jié)構(gòu)接觸，避免出現(xiàn)離子移動(dòng)，此外，ITO的導(dǎo)電性能不是很好，而通過加入銅能提升其導(dǎo)電性能。

03 鈣鈦礦降本增效空間較大，未來空間星辰大海

提效：短期多種提效路徑并行，長(zhǎng)期疊層打開效率天花板

鈣鈦礦電池的實(shí)驗(yàn)室效率和產(chǎn)業(yè)界效率均有較大提升空間，實(shí)驗(yàn)室端，單結(jié)實(shí)驗(yàn)室效率現(xiàn)在最高為25.7%，由韓國(guó)蔚山國(guó)家科學(xué)技術(shù)研究所實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)端，頭部鈣鈦礦參與者單結(jié)中試線仍在15%-16%左右，年內(nèi)有望提升至18%，離鈣鈦礦理論效率天花板仍有較大空間。短期內(nèi)，我們預(yù)計(jì)配方優(yōu)化、材料改性等多種提效路徑將并行，長(zhǎng)期看，疊層是提效的終極手段，打開鈣鈦礦效率天花板。

短期：配方優(yōu)化、材料改性、界面修飾、鈍化層等提效手段齊頭并進(jìn)

1）配方優(yōu)化。當(dāng)前鈣鈦礦層配方尚未定性，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界各家都在積極探索過程中，鈣鈦礦材料帶隙隨配方不同可調(diào)整，通過不斷調(diào)整材料體系可以使鈣鈦礦層帶隙向最優(yōu)帶隙靠攏，進(jìn)而獲得更高的發(fā)電效率，此外，也可以通過摻雜方式實(shí)現(xiàn)效率提升。

2）材料改性。以介孔結(jié)構(gòu)為例，目前常用的電子傳輸層（c-TiO2）和介孔層（m-TiO2）的微觀結(jié)構(gòu)都是球形粒子，有著堆積密度高、致密性好的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是效率不足。因此可以引入一維結(jié)構(gòu)的粒子，其導(dǎo)電性更好、電荷傳輸能力更強(qiáng)。

3）備制鈍化層。實(shí)驗(yàn)室已有通過添加鈍化層的方式來進(jìn)行界面修飾的方案，其目的是減少界面缺陷帶來的效率損失，進(jìn)而提升效率。目前產(chǎn)業(yè)界廠商一般將鈍化材料添加在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中進(jìn)行鈍化，隨著后續(xù)對(duì)效率追求越來越高，鈣鈦礦GW級(jí)別大規(guī)模量產(chǎn)后，單獨(dú)備制鈍化層工藝有望于產(chǎn)業(yè)界也逐步導(dǎo)入。

長(zhǎng)期：疊層提效是鈣鈦礦提效的終極手段

疊層結(jié)構(gòu)是指不同光學(xué)帶隙的電池進(jìn)行堆疊，寬帶隙電池作為頂電池吸收較高能量光子，窄帶隙電池作為底電池吸收較低能量光子，實(shí)現(xiàn)子電池對(duì)太陽光譜分段利用。根據(jù)疊層電池的數(shù)量可分為雙結(jié)、三結(jié)、四結(jié)等。目前結(jié)數(shù)最高為美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室發(fā)布效率47.1%的六結(jié)電池（砷化鎵），未來進(jìn)一步優(yōu)化后有望突破50%。雖然電池結(jié)數(shù)可以增多，效率可以提升，但成本增加也難以忽略，目前常規(guī)的結(jié)構(gòu)是兩結(jié)疊層，分為鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層與鈣鈦礦/晶硅疊層兩類。

兩端結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本更低，工藝難點(diǎn)突破后更具大規(guī)模應(yīng)用潛力。按照堆疊方式可分為兩端和四端疊層電池。四端疊層電池由兩個(gè)獨(dú)立的電池堆疊，通過外電路連接，制備簡(jiǎn)單。但是，加倍的金屬電極消耗和組件端工藝復(fù)雜性限制了大規(guī)模應(yīng)用前景。兩端疊層電池包括兩個(gè)順序制備的子電池和與二者相連的互聯(lián)層，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，電池器件和組件的制作成本更低，但是需要精巧的設(shè)計(jì)（如頂電池與底電池之間的光學(xué)耦合、制備工藝兼容性，互聯(lián)層光學(xué)和電學(xué)的平衡等）才能實(shí)現(xiàn)高效率，備制難度較四端子更高。

當(dāng)前晶硅疊鈣鈦礦為主流，全鈣鈦礦疊層主要為仁爍光能布局。

降本：降本空間較大，大規(guī)模量產(chǎn)后成本可降至0.6-0.7元/W，僅為晶硅極限成本的60%-70%

鈣鈦礦降本空間較大，5-10GW級(jí)量產(chǎn)線的成本有望下降至0.6-0.7元/W，僅為晶硅極限成本的60%-70%。目前鈣鈦礦仍處于產(chǎn)業(yè)化的前期，尚未量產(chǎn)，成本較高。但鈣鈦礦降本空間廣闊，具體可分為材料、能動(dòng)、人工等成本下降帶來的直接降本與效率提升攤薄成本帶來的間接降本。我們預(yù)計(jì)隨著材料端、設(shè)備端、能動(dòng)與人工的降本持續(xù)推進(jìn)，加之效率提升帶來的成本攤薄，未來5-10GW級(jí)量產(chǎn)線的成本有望下降至0.6-0.7元/W，進(jìn)而帶動(dòng)下游電站LCOE降低，遠(yuǎn)期看鈣鈦礦LCOE將低于晶硅極限LCOE，打開光伏發(fā)電降本天花板。

直接降本：材料、能動(dòng)、設(shè)備投資額均有較大下降空間

降本因素#1：TCO玻璃

TCO玻璃透光導(dǎo)電，F(xiàn)TO取代ITO成主流。鈣鈦礦的玻璃為TCO玻璃，主要起透光和導(dǎo)電作用。鈣鈦礦電池初期使用ITO 玻璃作為前電極，但逐漸被FTO取代。盡管FTO其導(dǎo)電性能比ITO略差，但具有成本低、激光刻蝕容易、光學(xué)性能適宜等優(yōu)點(diǎn)，已成為TCO玻璃主流。

國(guó)內(nèi)曾生產(chǎn)TCO玻璃，因薄膜勢(shì)微而關(guān)停產(chǎn)線。在十多年前的薄膜電池浪潮中，我國(guó)玻璃廠商生產(chǎn)過TCO玻璃，但由于薄膜電池與晶硅電池的后續(xù)競(jìng)爭(zhēng)中性價(jià)比落后，硅料價(jià)格下跌導(dǎo)致晶硅電池性價(jià)比提升，薄膜電池需求下降，TCO玻璃產(chǎn)量較小或產(chǎn)線關(guān)停。

電池廠規(guī)?；少?gòu)與TCO玻璃廠再度擴(kuò)產(chǎn)后，預(yù)計(jì)TCO玻璃價(jià)格將出現(xiàn)較大下降。

1）需求端，當(dāng)前鈣鈦礦電池商產(chǎn)線規(guī)模小，小批量采購(gòu)價(jià)格較高，隨著鈣鈦礦電池?cái)U(kuò)產(chǎn)，規(guī)?；少?gòu)后價(jià)格將下降。

2）供應(yīng)端，TCO玻璃廠擴(kuò)產(chǎn)也也會(huì)帶來FTO玻璃供應(yīng)量上升，價(jià)格下降。過去國(guó)內(nèi)廠商有過生產(chǎn)TCO玻璃的經(jīng)驗(yàn)，且根據(jù)金晶科技對(duì)玻璃產(chǎn)線的改造升級(jí)來看，產(chǎn)能擴(kuò)張不是難題。隨著鈣鈦礦的GW級(jí)別量產(chǎn)和產(chǎn)能擴(kuò)張，鈣鈦礦廠商對(duì)FTO需求增加，吸引上游玻璃廠商入局，F(xiàn)TO玻璃有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，最終成本將下降。

降本因素#2：材料

鈣鈦礦材料本身相較晶硅具有純度要求低（純度要求僅95%，低于晶硅的99.9999%）、材料多樣可設(shè)計(jì)性強(qiáng)（A、B、X位均有較多選擇）、吸光系數(shù)高厚度?。ㄎ鈱雍穸?.3nm，晶硅最薄120um）等優(yōu)勢(shì)，因此原料用量少，價(jià)格便宜，不存在晶硅原材料的緊缺問題，鈣鈦礦層成本占比很低。兩層電荷傳輸層與金屬電極為材料成本大頭，規(guī)?；a(chǎn)后材料成本有望下降，并且隨著原材料的不斷更換實(shí)現(xiàn)效率提升帶來的成本攤薄和更便宜的材料體系。

降本因素#3：設(shè)備

當(dāng)前設(shè)備投資額較高，預(yù)計(jì)未來成本將降至當(dāng)前的1/2。目前100MW線設(shè)備投資額1.2億元左右，即單GW投資額12億，主要由于目前鈣鈦礦設(shè)備仍處于探索期，以定制化需求、試驗(yàn)性需求為主，設(shè)備產(chǎn)能也較小。單GW設(shè)備投資額約12億中涂布設(shè)備/PVD/RPD占大頭。我們預(yù)計(jì)每臺(tái)涂布機(jī)/PVD設(shè)備/RPD設(shè)備/激光機(jī)的價(jià)格分別為1500/2000/3000/300萬元，對(duì)應(yīng)每100MW的總設(shè)備金額分別為3000/4000/3000/1200萬元，價(jià)值量占比分別為25%/33%/25%/10%。

未來設(shè)備成本有望降至5-6億/GW，較當(dāng)前下降50%。

降本因素#4：能耗

低溫備制工藝、低純度要求決定鈣鈦礦能耗較晶硅低。鈣鈦礦對(duì)原料純度要求低，且可使用低溫工藝，最高溫度僅150℃；而晶硅對(duì)原料純度要求高，需要經(jīng)過反復(fù)提純，最高工藝溫度達(dá)1200℃，根據(jù)我們測(cè)算，從工業(yè)硅到組件晶硅全產(chǎn)業(yè)鏈電耗約0.31 KWh/W，而鈣鈦礦能耗為0.12KWh/W，單瓦能耗不到晶硅的10%。電價(jià)上，目前鈣鈦礦工廠主要分布在東部沿海等電價(jià)較高的地區(qū)，未來規(guī)?；c搬遷至中西部低電價(jià)地區(qū)后，能耗成本將進(jìn)一步下降。

間接降本：提效全面攤薄成本

效率提升帶動(dòng)組件成本與度電成本下降。當(dāng)前鈣鈦礦效率15%-16%左右，根據(jù)相關(guān)廠商規(guī)劃，到2023年平米級(jí)鈣鈦礦光伏產(chǎn)品將實(shí)現(xiàn)18%左右的效率，24年GW級(jí)別產(chǎn)線效率將提升至20%-22%，遠(yuǎn)期大規(guī)模量產(chǎn)后，效率有望提升至25%。效率提升將帶來材料、能耗、設(shè)備折舊等成本的全面攤薄，我們預(yù)計(jì)100MW級(jí)產(chǎn)線量產(chǎn)后成本將控制在1.2元/W左右，1GW級(jí)在0.9元/W左右，未來產(chǎn)量足夠大時(shí)（5-10GW量產(chǎn)）有望到0.7元/W以下。

鈣鈦礦打開光伏降本天花板，遠(yuǎn)期大規(guī)模量產(chǎn)后LCOE較晶硅更優(yōu)

鈣鈦礦GW級(jí)別量產(chǎn)LCOE可做到與PERC持平，遠(yuǎn)期大規(guī)模量產(chǎn)后將全面優(yōu)于PERC，我們判斷鈣鈦礦LCOE從追平到優(yōu)于晶硅可分為三個(gè)階段。

1）階段一：鈣鈦礦百兆瓦級(jí)量產(chǎn)后，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到18%，若組件壽命能達(dá)到15年，則鈣鈦礦LCOE可以基本打平PERC電站當(dāng)前LCOE。

2）階段二：晶硅電池極限成本約為1元/W，假設(shè)一體化毛利率為15%，則對(duì)應(yīng)約1.2元/W左右的售價(jià)（不含稅）。以PERC電池23.5%效率，組件21%功率測(cè)算，25年晶硅電站度電成本約為0.27元/W。鈣鈦礦GW級(jí)別量產(chǎn)時(shí)效率為20%，組件成本0.94元/W，假設(shè)一體化15%毛利率，則組件價(jià)格對(duì)應(yīng)1.10元/W，假設(shè)鈣鈦礦電站壽命15年，則鈣鈦礦LCOE已經(jīng)打平PERC電站LCOE降本極限。

3）階段三：鈣鈦礦遠(yuǎn)期大規(guī)模量產(chǎn)后（5-10GW級(jí)別量產(chǎn)）成本有望降至0.67元/W，對(duì)應(yīng)鈣鈦礦組件價(jià)格將降至0.79元/W，僅為晶硅極限的65%左右，按15年壽命計(jì)算，對(duì)應(yīng)電站的LCOE為0.24元/W，低于晶硅電站LCOE降本極限。

04 從0到1進(jìn)行時(shí)，2024或成鈣鈦礦量產(chǎn)元年

設(shè)備：國(guó)產(chǎn)廠商陸續(xù)完成出貨交付

鈣鈦礦電池核心設(shè)備主要包括真空鍍膜設(shè)備、激光設(shè)備和涂布設(shè)備。鍍膜設(shè)備部分國(guó)產(chǎn)設(shè)備即將進(jìn)入生產(chǎn)階段。

電池：當(dāng)前產(chǎn)業(yè)以百兆瓦級(jí)為主，2024或成鈣鈦礦量產(chǎn)元年

目前產(chǎn)線多為兆瓦級(jí)，2024有望實(shí)現(xiàn)GW級(jí)落地。現(xiàn)階段鈣鈦礦技術(shù)尚處于探索期，產(chǎn)能規(guī)模多為兆瓦級(jí)的中試線。2020-2021年，行業(yè)領(lǐng)先參與者開始了百兆瓦級(jí)中試線的建設(shè)，雖有組件陸續(xù)得以生產(chǎn)，但整體成品的穩(wěn)定性、光電性仍需測(cè)試，生產(chǎn)線的工藝流程仍需不斷完善。新晉參與者也紛紛加碼鈣鈦礦新技術(shù)，積極推進(jìn)兆瓦級(jí)中試線的建設(shè)。

鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

鈣鈦礦電池與晶硅電池產(chǎn)業(yè)鏈的“變”與“不變”

鈣鈦礦電池生產(chǎn)流程為：玻璃清洗、P1激光劃刻、沉積空穴傳輸層、沉積鈣鈦礦層、沉積電子傳輸層、P2激光劃刻、沉積背電極、P3激光劃刻、P4激光清邊等。

與晶硅產(chǎn)業(yè)鏈相比，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)鏈整體與其差別較大，主要體現(xiàn)在（1）產(chǎn)業(yè)鏈縮短，晶硅產(chǎn)業(yè)鏈中原料提純環(huán)節(jié)、摻雜環(huán)節(jié)、鍍膜金屬化環(huán)節(jié)、串焊封裝流程或均將發(fā)生重大改變；（2）原材料需求改變，由于吸光材料改變，鈣鈦礦電池對(duì)銀漿、硅料等原料無需求，同時(shí)新增電子傳輸層、空穴傳輸層等靶材需求；（3）設(shè)備需求改變，鈣鈦礦電池的核心生產(chǎn)環(huán)節(jié)為真空鍍膜/溶液涂布，與目前晶硅生產(chǎn)設(shè)備不兼容。

鈣鈦礦電池與晶硅電池產(chǎn)業(yè)鏈相通之處主要體現(xiàn)在：（1）生產(chǎn)環(huán)節(jié)中層壓、封裝兩大工藝?yán)^續(xù)沿用；（2）輔材層面，接線盒、鋁邊框需求不變，TCO導(dǎo)電玻璃需求不變，膠膜需求不變，但TCO導(dǎo)電玻璃和膠膜性能要求與晶硅電池不同。

鈣鈦礦電池——晶硅電池應(yīng)用領(lǐng)域的多元化補(bǔ)充

在發(fā)展初期，鈣鈦礦電池因其透光性良好、弱光效率較高等優(yōu)勢(shì)，將與晶硅電池展開差異化競(jìng)爭(zhēng)，率先應(yīng)用到光伏建筑一體化、穿戴光伏、汽車集成光伏等領(lǐng)域。隨著鈣鈦礦電池技術(shù)發(fā)展，度電成本逐漸降低，疊層技術(shù)逐漸成熟，未來將逐步應(yīng)用到光伏分布電站和集中電站市場(chǎng)。

鈣鈦礦繞不開的疊層技術(shù)

關(guān)于鈣鈦礦的發(fā)現(xiàn)，文獻(xiàn)記載：1839年，德國(guó)科學(xué)家Gustav Rose在俄國(guó)考察中在烏拉爾山脈發(fā)現(xiàn)元素組成為CaTiO?礦物，并將其命名為"perovskite”以紀(jì)念同名的俄國(guó)地質(zhì)學(xué)家，因最早被發(fā)現(xiàn)于鈣鈦礦石中的鈦酸鈣（CaTiO?）化合物中而得名。

100多年來，鈣鈦礦得到了廣泛研究并逐漸應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，鈣鈦礦與光伏結(jié)緣，最早可追溯到上個(gè)世紀(jì)90年代。鈣鈦礦太陽能電池（perovskite solar cells）是利用全固態(tài)鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽能電池。1999年, 日本科學(xué)家利用鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的稀土氧化物作為太陽能電池的光吸收涂層；2009年，日本科學(xué)家Tsutomu Miyasaka首次用鈣鈦礦光伏電池發(fā)電，電能轉(zhuǎn)換效率為3.8%；至2021年，鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)電池實(shí)現(xiàn)了29.2%的轉(zhuǎn)換效率，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。

隨著鈣鈦礦材料在光伏領(lǐng)域的研究和應(yīng)用不斷深入，鈣鈦礦具備高光吸收系數(shù)、原料豐富、成本低廉、應(yīng)用場(chǎng)景豐富等諸多潛能優(yōu)勢(shì)被一一發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦也被認(rèn)為是最具商業(yè)化前景的技術(shù)材料之一。

盡管鈣鈦礦具有以上種種優(yōu)勢(shì)，但是鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性提升卻一直未取得關(guān)鍵性突破，鈣鈦礦材料與環(huán)境息息相關(guān)，鈣鈦礦中的鉛容易氧化揮發(fā)，晶體遇水時(shí)則容易分解，因此，鈣鈦礦太陽能電池在自然環(huán)境下，其穩(wěn)定性能較差、壽命短。

為了解決這一難題，科學(xué)家們進(jìn)行了不懈的探索。

時(shí)至今日，光伏領(lǐng)域的鈣鈦礦研究，疊層技術(shù)是繞不開的話題，行業(yè)普遍認(rèn)為：目前的鈣鈦礦主流產(chǎn)業(yè)化研究都看重疊層電池的未來。

研究表明：通過將鈣鈦礦電池串聯(lián)在晶硅電池表面，可以最大化利用太陽能光譜能量，獲得比單純晶硅電池或鈣鈦礦電池更高的光電轉(zhuǎn)化效率。構(gòu)建疊層電池是大幅提升電池效率的最有效途徑，雙結(jié)疊層電池的理論效率可達(dá)45%，遠(yuǎn)高于單結(jié)電池的S-Q（Shockley-Queisser）極限效率33%。

根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，協(xié)鑫、隆基、晶科、天合、晶澳、阿特斯、愛旭等行業(yè)龍頭企業(yè)都在積極關(guān)注鈣鈦礦電池技術(shù)，而協(xié)鑫已經(jīng)建成百兆瓦鈣鈦礦電池基地。

鈣鈦礦天然契合異質(zhì)結(jié)

經(jīng)過不斷的嘗試，在眾多光伏技術(shù)路徑中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦天然契合異質(zhì)結(jié)，兩者的疊層技術(shù)被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的組合。

異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，非常適合作為底電池同鈣鈦礦電池形成疊層電池。異質(zhì)結(jié)太陽能電池是一種雙面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的電池，可雙面受光、雙面發(fā)電，具有制備工藝溫度低、轉(zhuǎn)換效率高、高溫特性好、衰減率低等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是未來光伏行業(yè)的主流技術(shù)。

研究成果顯示，鈣鈦礦太陽能電池能更有效地利用高能量的紫外和藍(lán)綠可見光，而異質(zhì)結(jié)電池可以有效地利用鈣鈦礦材料無法吸收的紅外光。因此，通過鈣鈦礦電池與異質(zhì)結(jié)電池疊層方式組合，可以突破傳統(tǒng)晶硅電池理論效率極限，進(jìn)一步提升太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。模擬表明，該疊層電池的轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到40%以上。

光伏產(chǎn)業(yè)化歷史發(fā)展進(jìn)程與展望 光伏非常重要的一個(gè)因素就是非常低的度電成本，度電成本它有很多因素來決定，一個(gè)光伏電站項(xiàng)目當(dāng)中我們可以看到，在整個(gè)電站系統(tǒng)當(dāng)中，它的電池、光伏電池以及它的組件的占比來說就20%多，當(dāng)然每一個(gè)項(xiàng)目不同，它這個(gè)會(huì)有一些具體數(shù)字的差異，但這個(gè)大體的這個(gè)量值不會(huì)有的，對(duì)電池來說它并不是整個(gè)項(xiàng)目成本競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素。如果你要提高電池效率的話，可以分?jǐn)偹渌腂OS成本，我們?yōu)槭裁匆掷m(xù)的提高電池效率？因?yàn)樘岣唠姵匦适翘岣哒麄€(gè)光伏電站回報(bào)率的最佳途徑，這也就是為什么我們要孜孜不倦的一直做電池的新型技術(shù)的研發(fā)，提高電池效率最重要的一個(gè)因素。



剛才說到這個(gè)光伏電池技術(shù)很重要，光伏電池它有一個(gè)自己的一個(gè)迭代歷史。我們可以看到從這張曲線上是從2010年開始，我們可以認(rèn)為目前國(guó)際上主流的兩種量產(chǎn)的光伏技術(shù)，基本上是這兩種，第一種是晶硅電池，第二種是這個(gè)薄膜的碲化鉻電池，碲化鉻電池來說這個(gè)主要是由于在美國(guó)的first solar，由他們基本壟斷的，他們基本上占據(jù)了全球的百分之多一半的出貨量。

對(duì)晶硅電池來說，我們認(rèn)為它現(xiàn)在是有4個(gè)階段，第一個(gè)階段是從這個(gè)2010年開始的，我們認(rèn)為晶硅第一代的這個(gè)鋁背場(chǎng)電池，對(duì)鋁背場(chǎng)電池來說，直到2018年的時(shí)候，它基本上是一直在主導(dǎo)這個(gè)晶硅電池，目前來說基本上已經(jīng)是快被淘汰了。

市場(chǎng)上最主流的是我們所謂的第二代的PERC電池，整個(gè)光伏行業(yè)認(rèn)為它也基本上快達(dá)到極限了，因此大家都在高效的積極推進(jìn)下一代第三代的這個(gè)高效光伏電池技術(shù)，這個(gè)里面主要有這個(gè)異質(zhì)結(jié)電池技術(shù)，然后TOPCon電池技術(shù)，還有這個(gè) IBC電池技術(shù)，對(duì)這三種電池技術(shù)來說，目前來說還沒有一個(gè)明確的結(jié)論，我們都可以把它認(rèn)為是第三代，但是這第三代技術(shù)里面他們將會(huì)逐步取代現(xiàn)有的這的PERC電池，它們的量產(chǎn)效率可能會(huì)達(dá)到一個(gè)26.5的這么一個(gè)水平。不管是異質(zhì)結(jié)也好，TOPCon也好，還是 IBC也好，它們都屬于晶硅電池，對(duì)于晶硅電池來說，它是存在理論極限的，也就是說它再往上的話你需要付出的成本和難度會(huì)非常的大，很難突破29.4的理論極限效率的。

我們?cè)诳紤]到實(shí)際的技術(shù)手段上，27.5是一個(gè)單節(jié)晶硅電池的一個(gè)極限。但目前來說，包括前一陣發(fā)布的最新的記錄，就是整個(gè)晶硅它已經(jīng)做到了26點(diǎn)效率所以再往上每走0.1個(gè)百分點(diǎn)，其實(shí)這個(gè)難度都是非常大的。因此目前大家就認(rèn)為存在一個(gè)第四代的電池技術(shù)，也就是晶硅電池加上薄膜形成的一個(gè)疊層電池技術(shù)，疊層電池技術(shù)它的理論效率可以達(dá)到43%，量產(chǎn)有望達(dá)到35%。

目前實(shí)際上應(yīng)該上個(gè)月，然后發(fā)布的最新的記錄就是瑞士的他們epfl他們是在異質(zhì)結(jié)和鈣鈦礦的電池效率已經(jīng)做到了實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)31.3的效率，目前從產(chǎn)業(yè)化方面，然后Oxford PV他們目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這個(gè)中試線，這是整個(gè)光伏電池技術(shù)的一個(gè)迭代歷史，但目前從這個(gè)市場(chǎng)占有率上來看，我們剛才說認(rèn)為這個(gè)目前可以大規(guī)模量產(chǎn)的也只有兩種技術(shù)，一個(gè)是碲化鉻，碲化鉻目前來說這個(gè)市場(chǎng)的占有量是不到5%，另外一個(gè)就是晶硅電池，晶硅電池就包含我們剛才說的最主流的是現(xiàn)在第一代，第二代，他們占據(jù)了市場(chǎng)份額接近95，這兩種電池基本上占據(jù)了整個(gè)全球光伏市場(chǎng)的99%的份額，這是目前的一個(gè)電池技術(shù)的市場(chǎng)占有率情況。

但隨著未來我們認(rèn)為這個(gè)晶硅加薄膜組成的這個(gè)疊成電池技術(shù)，在未來有望10年之內(nèi)，它可能會(huì)成為一個(gè)新的主流的電池技術(shù)。我們剛才說到了疊層電池技術(shù)是我們預(yù)測(cè)未來會(huì)成為一個(gè)主流的技術(shù)，那什么是疊層電池？疊層電池我們可以簡(jiǎn)它上面采用寬帶隙的電池，來吸收太陽能中的短波長(zhǎng)，下面的材料采用窄帶隙的電池，充分利用長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，這樣它形成的疊層電池可以將太陽能光做到充分的利用，因此提高電池的效率。



右面的一個(gè)圖就是文獻(xiàn)上的數(shù)據(jù)，以單節(jié)的異質(zhì)結(jié)電池和鈣鈦礦和異質(zhì)結(jié)形成的這個(gè)兩端疊層的一個(gè)效率演變的一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)比，我們可以看到這個(gè)對(duì)異質(zhì)結(jié)來說，從這個(gè)2000年到2018年左右，現(xiàn)在最高效率做到26.7，對(duì)于鈣鈦礦和異質(zhì)結(jié)的疊層電池，它第一篇文獻(xiàn)的報(bào)道應(yīng)該是2015年，但這張書圖上的數(shù)據(jù)可能是2017年左右的，它的數(shù)據(jù)從最初的22波的效率在短短的四五年的時(shí)間發(fā)展得非?？欤厦孢@個(gè)數(shù)據(jù)已經(jīng)更新了，已經(jīng)是變到了這個(gè)31.3的一個(gè)效率。所以看到這個(gè)鈣鈦礦和晶硅疊層的這個(gè)電池，它的這個(gè)潛力是非常大的。



我們剛才說到了這個(gè)疊層電池，疊層電池它必然涉及到有兩種電池，一個(gè)是上面的頂電池，一個(gè)是下面的底電池，我們剛才也說了頂電池晶硅電池也有很幾好幾種技術(shù)路線，那么下面的底電池哪一種技術(shù)路線是最有優(yōu)勢(shì)？晶硅電池目前有4種，從第一代的鋁背場(chǎng)電池到目前主流的PERC電池，還有未來我們認(rèn)為它可能成為主流的一個(gè)TOPCon電池和異質(zhì)結(jié)電池。

目前對(duì)于這個(gè)鋁背場(chǎng)和PERC電池來說，我們認(rèn)為它在幾年時(shí)間內(nèi)會(huì)慢慢的逐步退出市場(chǎng)，因此重點(diǎn)比較的是一個(gè)TOPCon電池和異質(zhì)結(jié)的底電池電池，看誰來作為一個(gè)底電池會(huì)更合適。左邊的這兩張圖可以看出來，異質(zhì)結(jié)電池的電壓是會(huì)稍高于這個(gè)TOPCon電池然后高于鋁背場(chǎng)電池。



上面這個(gè)圖是異質(zhì)結(jié)電池的結(jié)構(gòu)，下面是TOPCon電池的結(jié)構(gòu)，對(duì)異質(zhì)結(jié)電池的結(jié)構(gòu)來說，因?yàn)樗请p面對(duì)稱的，我們可以看到它的前表面是一個(gè)ITO， ITO層做疊層電池的時(shí)候，可以用作疊層電池的一個(gè)隧穿層，這是它的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。但是對(duì)于TOPCon來說，目前是沒有合適的一層可以作為這個(gè)隧穿層的，另外對(duì)異質(zhì)結(jié)電池來說，它的開壓相比TOPCon來說會(huì)高20個(gè)毫伏。

但是對(duì)于TOPCon來說，由于它最上表面是一個(gè)氮化硅層，由于它的存在會(huì)導(dǎo)致疊層電池的制備會(huì)引入更多的步驟，另外它的開壓本身相比異質(zhì)結(jié)來說會(huì)稍微低一點(diǎn)，如果要把這個(gè)氮化硅層部分去除做隧穿的話，隨著它這一層的處理，它的開路電壓還會(huì)再進(jìn)一步降低。

因此就從這個(gè)結(jié)構(gòu)和這個(gè)本身電池的特點(diǎn)來說，我們認(rèn)為異質(zhì)結(jié)電池它更合適做疊層電池里面的底電池。 剛才說到了疊層電池的一個(gè)底電池，那么頂電池到底誰更適合？其實(shí)目前做這個(gè)疊層電池的有很多，有鈣鈦礦和鈣鈦礦的疊層，目前來說我們都知道鈣鈦礦電池是近10年來發(fā)展非?？焖俚囊环N電池技術(shù)，我們可以簡(jiǎn)單的理解，第一代是晶硅電池，第二代是薄膜電池，第三代我們統(tǒng)稱為像鈣鈦礦這些是新型電池。第一代對(duì)于晶硅電池來說，主要是由于它龐大的產(chǎn)業(yè)鏈，它較高的能耗，然后使得它這個(gè)成本來說，雖然目前做的規(guī)?；艽螅撬暮穸榷己艽?，用量也很大，但是對(duì)于第二代的薄膜電池來說，由于它采用的設(shè)備基本上都是真空的工藝，因此造成它的成本也不高。

第三代這個(gè)鈣鈦礦電池它能目前來說脫穎而出，吸引大家的關(guān)注。它最主要的原因有兩點(diǎn)，第一點(diǎn)就是它的這個(gè)成本比較低，首先是它的高效率，就是它短短發(fā)展的十年期間，我們可以看到左左下角這一張圖，晶硅用了60年的時(shí)間做到了26的這么一個(gè)效率，但是對(duì)于鈣鈦礦來說，其實(shí)也不過這么10年的一個(gè)時(shí)間就做到了跟晶硅60年發(fā)展的這么一個(gè)水平，這是一個(gè)高效率。所以說目前來說鈣鈦礦是一個(gè)增長(zhǎng)速度非?？斓囊粋€(gè)光伏技術(shù)。另外一個(gè)層面就是剛才說為什么薄膜電池技術(shù)也沒有去占主導(dǎo)地位，對(duì)于鈣鈦礦來說，它同樣也是一種薄膜電池，但是它跟第二代薄膜電池技術(shù)不同的，它是可以采用一個(gè)溶液法的工藝來制備，我們可以從右面這張圖可以看到，對(duì)于一瓶溶液35公斤的鈣鈦礦，它就可以制備出100兆瓦的一個(gè)組件。

但是對(duì)于晶硅來說，它需要花費(fèi)7噸的晶硅才能制備出這個(gè)100兆瓦的一個(gè)組件。所以整體來說對(duì)于鈣鈦礦和晶硅來相比，從材料程度上來說，鈣鈦礦對(duì)這個(gè)材料的純度要求非常低，另外鈣鈦礦電池它的用量也非常少，更主要它的加工過程可以拋棄這個(gè)真空法的制備，可以采用這個(gè)溶液法的施法的這種印刷的方法來制備，所以它有的兩個(gè)特點(diǎn)，一個(gè)是效率非常高，一個(gè)成本至少有希望是做到很低的成本，因此這個(gè)鈣鈦礦電池技術(shù)也是大家現(xiàn)在被給予了厚望的一種電池技術(shù)。

剛才說到這個(gè)鈣鈦礦電池是目前來說發(fā)展非常迅速的一個(gè)電池技術(shù)，它是不是更適合做疊層電池？這是取決于鈣鈦礦電池，它本身是由ABX3這樣的一個(gè)結(jié)構(gòu)組成的電池。 由于它是這個(gè)組份也很多，不像碲化鎘是比較穩(wěn)定的二元化合物，也不像是晶硅，它是非常高純度高純度的硅的這種元素，對(duì)于鈣鈦礦來說，由于它的組份可以變化，因此鈣鈦礦的帶隙也可以是在這個(gè)1.1的2.3的電子伏特可調(diào)。

對(duì)于疊層電池來說，我們是為了兩個(gè)電池做的電流匹配，然后這樣需要上面的這個(gè)電池是在一個(gè)寬帶隙是一個(gè)比較合適的范圍，鈣鈦礦電池由于它這個(gè)ABX3的這么一個(gè)結(jié)構(gòu)，多種元素存在這么一個(gè)特點(diǎn)，因此我們可以看到右邊這張圖里面，在橘色的這條線，也就是鈣鈦礦它的電池可以通過調(diào)節(jié)組份把它電池的帶隙從1.2調(diào)到2.3的電子伏特里面，它甚至可以自己做頂電池，也可以自己做底電池，這一點(diǎn)就是它做疊層電池來說非常有優(yōu)勢(shì)。

剛才我們說過了就是頂電池，我們認(rèn)為鈣鈦礦電池非常具有優(yōu)勢(shì)，但是鈣鈦礦現(xiàn)在也發(fā)展了有12年的歷史，它的電池也有很多種結(jié)構(gòu)，我們可以從中間這個(gè)虛線就最基本的結(jié)構(gòu)來說，我們認(rèn)為它就是一個(gè)層狀的三明治結(jié)構(gòu)，最中間就是一個(gè)鈣鈦礦的吸光層，然后它上下有兩個(gè)功能層，分別為電子傳輸層和空穴傳輸層，再加上下兩個(gè)電極，雖然僅僅看起來就非常簡(jiǎn)單的這么5層結(jié)構(gòu)，但實(shí)際做起來的話還是很有很多種的不同，因?yàn)檫@個(gè)鈣鈦礦電池主要是從這個(gè)燃料鎂化電池而來，所以它最初的研發(fā)是一個(gè)正式結(jié)構(gòu)，就像我們虛線里面的這幾種結(jié)，它可以做到空氣傳輸層沒有，也可以做到這個(gè)電子傳輸層沒有，但它基本的結(jié)構(gòu)是一個(gè)正式結(jié)構(gòu)，也就是說鈣鈦礦我們首先制備的時(shí)候下面是一個(gè)IPO的透明玻璃，然后我們?cè)谶@個(gè)制備順序上下一步是做電子傳輸層然后上面是鈣鈦礦的吸光層，然后再是空穴傳輸層，然后才是電極，但是這個(gè)正式結(jié)構(gòu)目前來說研發(fā)的比較多，目前來說現(xiàn)在也有個(gè)反式結(jié)構(gòu)的，目前來說也是越來越多了，反式結(jié)構(gòu)和正式結(jié)構(gòu)的區(qū)別就是它的功能層掉一個(gè)個(gè)，鈣鈦礦層下面是一個(gè)空穴傳輸層，上面是一個(gè)電子傳輸層。

雖然我們從這個(gè)圖片上看起來非常簡(jiǎn)單，只是兩個(gè)功能層換了一個(gè)位置，但你實(shí)際當(dāng)中在制備的時(shí)候，電子傳輸層，空穴傳聲層，是制備在這個(gè) IPO玻璃上，還是需要制備在鈣鈦礦上面，對(duì)這兩個(gè)功能層的選擇，對(duì)它的制備工藝，這個(gè)是要求是非常的不一樣。另外這個(gè)反式結(jié)構(gòu)目前來說它的遲滯效應(yīng)會(huì)比這個(gè)正式的結(jié)構(gòu)會(huì)小一些。另外這個(gè)凡是由于正式結(jié)構(gòu)里面就最上層的空穴傳輸層，我們基本上還是用的spiro體系，這種有機(jī)體系來說，目前來說它穩(wěn)定性會(huì)稍差一些，但是對(duì)于這個(gè)反式結(jié)構(gòu)來說，基本上用的是無機(jī)類的材料，因此整體認(rèn)為這個(gè)反式結(jié)構(gòu)之前的這個(gè)效率一般來說是正式結(jié)構(gòu)比反式結(jié)構(gòu)稍微會(huì)稍高一些，但目前隨著近些年的發(fā)展，然后這個(gè)反式結(jié)構(gòu)效率也有很大的突破，也基本上差不了太多了。

另外這個(gè)反式結(jié)構(gòu)主要考慮到整個(gè)未來光伏電站上的應(yīng)用，它的功率穩(wěn)定的輸出，它穩(wěn)定性好的問題，所以目前來說這個(gè)反式結(jié)構(gòu)未來也是在商業(yè)化的這個(gè)單節(jié)鈣鈦礦上基本上也比較明確了，大家都會(huì)采用這么反式結(jié)構(gòu)。對(duì)于疊層電池來說，一方面也是考慮這樣的原因，就是反式結(jié)構(gòu)最終是要做成整個(gè)的疊層電池結(jié)構(gòu)，需要它考慮它穩(wěn)定的功率的輸出，所以對(duì)穩(wěn)定性有比較高的要求，所以我們也會(huì)選擇這個(gè)反式的結(jié)構(gòu)。另外一方面，我們現(xiàn)在是首選的是異質(zhì)結(jié)電池作為底電池，目前對(duì)于底電池來說，就是硅上面是那個(gè)非晶硅薄膜，非晶硅薄膜在上面的話，我們也是采用采用的是N型的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗舷聝蓚€(gè)電池需要串聯(lián)在一起，這個(gè)正負(fù)極也是需要一個(gè)匹配。所以目前來說，我們下面的異質(zhì)結(jié)電池和上面的反式鈣鈦礦也是做到了一個(gè)很好的匹配。

剛才說到了底電池是采用異質(zhì)結(jié)電池，頂電池是采用了反式鈣鈦礦電池，它們兩如果做成疊層電池的話，從結(jié)構(gòu)上來說它也還有一些不同。最主流的，我們可以有兩種結(jié)構(gòu)，一種就叫做四端的結(jié)構(gòu)，一種叫兩端的結(jié)構(gòu)，四端的結(jié)構(gòu)我們可以簡(jiǎn)單的理解為它其實(shí)就是上下兩個(gè)頂?shù)纂姵氐囊粋€(gè)單獨(dú)的疊加，實(shí)際做的時(shí)候從效率上來說，這兩種結(jié)構(gòu)其實(shí)是沒有任何區(qū)別的。但是從制備工藝上來說，四端的時(shí)候整體電池是需要單獨(dú)制備的，但是對(duì)兩端電池看到的一個(gè)整體，中間通過復(fù)合層來連接，從技術(shù)難度上來說，對(duì)四端來說，制備兩個(gè)電池是比較簡(jiǎn)單的。 但是最主要的難點(diǎn)是未來如果你在光伏電站上用的時(shí)候，你就相當(dāng)于是上下各有兩正級(jí)，兩個(gè)負(fù)級(jí)，你和現(xiàn)有電站的匹配是目前來說還是存在比較大的問題的，但是對(duì)于兩端疊層來說的話，雖然現(xiàn)在支配電池的時(shí)候，技術(shù)難度會(huì)比較大，需要考慮光學(xué)設(shè)計(jì)，需要考去考慮電流匹配，但是在進(jìn)入電站應(yīng)用端的時(shí)候，整個(gè)疊層是作為一個(gè)獨(dú)立的整體，所以相對(duì)來說跟電站的兼容性它會(huì)更高一些。

然后對(duì)封裝上來說，這個(gè)四端疊層電池來說，對(duì)封裝的要求也比較高，兩端的要求會(huì)低一些，從成本上來看，然后因?yàn)樗亩睡B層電池的話，你上面有4個(gè)電極，至少3個(gè)是透明電極，這個(gè)封裝成本是比較高的。因?yàn)槲覀兇蠹叶贾劳该麟姌O在一個(gè)整個(gè)電池的這個(gè)里面，它的這個(gè)成本占比是比較大的，但是對(duì)于兩端疊層來說的話，我們相對(duì)來說一個(gè)復(fù)合層，然后一個(gè)透明電極這個(gè)成本會(huì)相對(duì)低一些。 另外剛才說跟現(xiàn)有電站的兼容性來說的話，這個(gè)四端疊層跟兩端來比的話，它的兼容性會(huì)更差一些。

總體評(píng)價(jià)來說四端疊層它的這個(gè)度電成本從我們這樣來估算的話，它會(huì)高于這個(gè)兩端這層電池，因此我們選擇的是一個(gè)兩端疊層電池的這么一個(gè)技術(shù)路線。目前來說鈣鈦礦和硅異質(zhì)結(jié)組成的一個(gè)兩端疊層電池量產(chǎn)技術(shù)路線，我可以認(rèn)為就是一個(gè)抑制企業(yè)加上鈣鈦礦，對(duì)于異質(zhì)結(jié)來說，我們常規(guī)的就是一個(gè)4步法，異質(zhì)結(jié)它的優(yōu)勢(shì)也是因?yàn)樗墓に嚥襟E非常短，清洗制溶加上非晶硅薄膜，而再加上透明電極，然后在這個(gè)時(shí)候這一步驟這個(gè)量產(chǎn)工序完成以后，然后集成這個(gè)鈣鈦礦的工藝加上這個(gè)反式鈣化的工藝，然后再做完這波以后，然后我們?cè)龠M(jìn)行下一步的這個(gè)電極的制備，我們可以認(rèn)為疊層電池的量產(chǎn)技術(shù)大體是按照這樣一個(gè)整個(gè)路線來走下來的，我們也可以認(rèn)為它其實(shí)是異質(zhì)結(jié)電池技術(shù)的一個(gè)升級(jí)跟迭代。

從成本上分析，上面是牛津光伏他們做的一個(gè)測(cè)算，就是鈣鈦礦和晶硅異質(zhì)結(jié)的疊層電池它的度電成本，當(dāng)你做了這個(gè)100兆瓦的時(shí)候，這么規(guī)模的時(shí)候，它的這個(gè)成本度電成本然后就會(huì)低于晶硅電池，下面這個(gè)是協(xié)鑫的來自范斌博士的一個(gè)報(bào)告。然后他這里面也給了一個(gè)測(cè)算，就是對(duì)于晶硅電池和晶硅和鈣鈦礦的疊層來說，然后你這個(gè)組件功力和組建成本以及每瓦的成本，就是對(duì)如果晶硅單節(jié)作為是1的話，疊層電池的功率可以提升到1.22，組件成本只升高很小，組件成本只能漲到1.3塊錢，那么我每瓦的成本是1塊06，所以功率上升了22%，每瓦的成本卻上了6%，這其實(shí)對(duì)晶硅來說是非常劃算的。

第二部分：鈣鈦礦硅異質(zhì)結(jié)疊層技術(shù)現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn) 剛才我們就已經(jīng)選定了這個(gè)疊層電池來說，下部的是異質(zhì)結(jié)電池，上部的是鈣鈦礦電池，然后這個(gè)是SCB和瑞士?jī)善墨I(xiàn)里面大家也可以查到，對(duì)他們來說這兩篇文獻(xiàn)里面，他們采用的都是NIP的結(jié)構(gòu)，這個(gè) NIP的結(jié)構(gòu)就是我們所謂的鈣鈦礦采用的正式結(jié)構(gòu)，另外一篇比較典型的，然后這個(gè)文獻(xiàn)也是EPFL的，然后他們這個(gè)電池下面也是異質(zhì)結(jié)，上面也是鈣鈦礦。

它們的不同點(diǎn)就是它的是雙面制絨底，剛才那個(gè)是一個(gè)拋光的，這一篇文獻(xiàn)里面它異質(zhì)結(jié)電池都是雙面的絨面的電池，它這里采用的是一個(gè)pin結(jié)構(gòu)，也就是說用的是反式的電池，這里我們可以看到它已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)19.5的一個(gè)電流密度，這一篇然后也是雙面制絨的電池，但它上面是采用了一個(gè)NIP的結(jié)構(gòu)，這個(gè)它做的電流密度也比較高，是19.5的一個(gè)電流密度，效率達(dá)到了27。

這一篇，然后是目前有文獻(xiàn)報(bào)道的應(yīng)該是比較最高的一篇了，這邊它的不同是背面制絨，它正面是一個(gè)拋光的工藝，也是采用這個(gè)PIN的結(jié)構(gòu)，它采用了一種新的空穴傳輸層SAM，做到了一個(gè)29.15的效率。我們剛才可以看到就是全球比較知名的應(yīng)該是頂尖的幾篇文章了，所以他們當(dāng)年都是發(fā)表的比較頂尖的文章，然后做的比較好的幾個(gè)器件，但是目前來看就是左邊這個(gè)就是剛才最后一篇文獻(xiàn)里面得過hcb的這個(gè)研究所他們這篇文章工作，他們是29.15的效率，咱們國(guó)內(nèi)做的最好的應(yīng)該是南開大學(xué)的27.26的效率，目前我們中央研究院目前做的是26.25的效率，就整個(gè)大的背景疊層電池技術(shù)目前來說已經(jīng)不需要再證明它技術(shù)是否可以做到多大，是否可以超過這個(gè)理論效率。

下一步最主要的問題是如何把它從實(shí)驗(yàn)室來邁向這個(gè)產(chǎn)業(yè)化，攻克的一些產(chǎn)業(yè)化階段需要面臨的問題，咱們國(guó)內(nèi)最高的水平以及我們現(xiàn)在做的工作，不管是哪一種工作，目前來說這三篇文獻(xiàn)里面，他們這所采用的有兩個(gè)問題，一個(gè)都是器件的面積比較小，都是這個(gè)平方厘米級(jí)的，另外上面的鈣鈦礦采用的是旋涂法的制備工藝，為了匹配旋涂工藝，它的底電池都采用了上表面一個(gè)拋光的處理，但目前來說這兩點(diǎn)鈣鈦礦采用旋涂法制備和下面的硅底電池的拋光和我們工業(yè)化的現(xiàn)在目前來說晶硅電池的這個(gè)制備是完全相配的，所以目前我們未來的產(chǎn)品是什么樣？

是要一個(gè)工業(yè)化制備的大面積產(chǎn)品，首先鈣鈦礦需要做到一個(gè)大面積，另外硅底電池需要是一個(gè)工業(yè)化的制備路線，而不是用一個(gè)機(jī)械拋光。 我們就認(rèn)為現(xiàn)在目前來說，從這個(gè)疊層電池從實(shí)驗(yàn)室跨向這個(gè)產(chǎn)業(yè)化還面臨三個(gè)重大的問題。第一個(gè)問題就是這個(gè)大面積制備的問題，這個(gè)問題大家都應(yīng)該了解的比較清楚了，很多大面積薄膜的制備，需要去進(jìn)一步攻克的問題，另外這個(gè)大面積的制備方法，需要從這個(gè)旋涂法，最終是大面積的時(shí)候是不可以再用這個(gè)旋涂的，是采用刮刀涂布還是狹縫涂布，目前來說主流的意見可能更傾向于狹縫涂布，它對(duì)于這個(gè)不太平整的表面來說它可能會(huì)更有優(yōu)勢(shì)。

另外一點(diǎn)剛才說的是第一點(diǎn)，未來三個(gè)挑戰(zhàn)，第一個(gè)是鈣鈦礦的大面積制備的挑戰(zhàn)，第二個(gè)是硅異質(zhì)結(jié)底電池工業(yè)化的制備工藝開發(fā)，目前來說不管全球第一國(guó)內(nèi)第一，還是所有實(shí)驗(yàn)室做的這種高效的，它都是采用最左邊的這一張結(jié)構(gòu)的硅底電池上具備的，也就是說它上表面是一個(gè)完全拋光完全精密的硅底電池，這種方法它的成本高，在量產(chǎn)上是難以接受的。

另外也有一些文獻(xiàn)報(bào)道的是最右邊這種它就是異質(zhì)結(jié)它不做改變，它上下都是金字塔形狀都是完全智融的，但是這樣的結(jié)構(gòu)是非常粗糙的，它制備底電池它的成本會(huì)很低，但是帶來的困難鈣鈦礦可能就會(huì)用真空法來制備，或者說這個(gè)鈣鈦礦的制備難度會(huì)大大的增加，如果居中一些考慮的話，我們把這個(gè)底電池做這個(gè)微制絨的處理，在這種情況下成本可能是比較低的，然后鈣鈦礦的制備難易程度也是會(huì)比較適中的，對(duì)著目前三種底電池來說都有人做了大量的工作，但是對(duì)于未來這個(gè)產(chǎn)業(yè)化，我們未來認(rèn)為我們自己走的路線，第二種可能性會(huì)大一些。

剛才說的這兩個(gè)第二個(gè)挑戰(zhàn)，第三個(gè)挑戰(zhàn)就是未來這個(gè)做成一個(gè)，因?yàn)殁}鈦礦必須做到跟晶硅電池一樣的尺寸，上面肯定是有上線的，這個(gè)電極的金屬化也是未來一個(gè)問題，尤其目前這個(gè)電極金屬化像這個(gè)異質(zhì)結(jié)，基本上來說它也是200以內(nèi)的高溫，但對(duì)于你上面這個(gè)巖漿的低溫漿料的開發(fā)，目前很多基本上都是進(jìn)口的，國(guó)產(chǎn)化的進(jìn)程走了其實(shí)也不是很快，所以未來對(duì)于這個(gè)上面如果再疊加鈣鈦礦的話，對(duì)于這個(gè)低溫膠料的開發(fā)，就整個(gè)電極金屬化其實(shí)也是一個(gè)比較大的課題，是需要大家一起來努力來去攻克的。

審核編輯：劉清