预见2024：《2024年中国钙钛矿电池行业全景图谱》(附市场现状、竞争格局和发展趋势等)

钙钛矿电池行业主要上市公司：宁德时代(300750.SZ);隆基绿能(601012.SH);天合光能(688599.SH);晶科能源(688223.SH);晶澳科技(002459.SZ);杭萧钢构(600477.SH);宝馨科技(002514.SZ)等

本文核心数据：各类太阳能电池转换效率;各类太阳能电池理论极限转换效率;中国代表性企业钙钛矿电池产线布局

行业概况

1、定义

1839年，俄罗斯矿物学家佩罗夫斯基发现了矿物CaTiO3，并以自己的名字将其命名为“Perovskite”，即钙钛矿。狭义的钙钛矿为CaTiO3本身，广义的钙钛矿则指与CaTiO3晶体结构类似的ABX3型化合物。

钙钛矿晶体结构由共享的BX6八面体组成，A占据了每个晶胞单元中BX6八面体的空腔位置，其中A位一般为大半径的一价阳离子(CH3NH3+、Cs+等)，B位为小半径的二价阳离子(Pb2+、Sn2+、Ge2+等)，X位则为卤素阴离子((Cl-、Br-、I-等)。

钙钛矿电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，其工作基于半导体的光生伏特效应，利用电子和空穴对产生电流。钙钛矿电池属于第三代新型太阳能电池，具有原料无毒且储量丰富、成本低、工艺简单且可柔性制备等优点，产业化发展潜力巨大，目前发展仍处于中试线阶段。

当前，钙钛矿电池主要有单结钙钛矿电池和叠层钙钛矿电池。如果一个钙钛矿电池只有钙钛矿本身的“三明治”结构，那么就是单结钙钛矿电池。所谓叠层钙钛矿电池，是指钙钛矿层可以堆叠在彼此之上，也可以堆叠在传统晶硅太阳能电池之上，形成能够吸收更宽太阳光谱的“串联”电池。按照不同材料的堆叠，叠层钙钛矿电池的技术路线有晶硅/钙钛矿叠层电池、全钙钛矿叠层电池、薄膜电池(如铜铟镓硒)/钙钛矿叠层电池等。

2、产业链剖析：上游设备为核心

钙钛矿电池属于第三代新型太阳能电池，产品结构原理和硅基电池差异较大，需全新的工艺流程和产线设备，因此产业链环节差异较大。

钙钛矿电池产业链上游包括TCO玻璃、靶材、POE胶膜、丁基胶等辅材以及镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备等设备，其中以镀膜设备(PVD、RPD)、涂布机、激光设备为核心;中游为钙钛矿电池及组件制造;下游为钙钛矿电池应用，包括BIPV(光伏建筑一体化)、车载光伏、室内光伏等。

从钙钛矿电池产业链参与者来看，代表性企业主要分布在产业链上游和中游。上游辅材供应商包括安彩高科、亚玛顿、秀强股份、隆华科技、阿石创、海优新材、明冠新材、康达新材等，设备供应商包括捷佳伟创、京山轻机、微导纳米、理想晶延、红太阳、众能光电、奥来德、德沪涂膜、曼恩斯特、大族激光、迈为股份、帝尔激光、弗斯迈等;中国钙钛矿电池及组件制造商包括协鑫光电、纤纳光电、大正微纳、极电光能、仁烁光能、曜能科技、宁德时代、隆基绿能、晶科能源、宝馨科技等。

行业发展历程：诞生十余年，转换效率迅速跃升

从钙钛矿太阳能电池的发展历程来看，2009年，日本科学家Kojima和Miyasaka将钙钛矿这种材料应用到染料敏化太阳能电池中，并实现了3.8%的光电转换效率，钙钛矿太阳能电池正式诞生。但该电池仅仅存在了几分钟，为解决钙钛矿太阳电池的稳定性问题，2012年，Park小组使用固态spiro-OMeTAD作为空穴传输层并制备出第一块全固态钙钛矿太阳能电池，电池效率达到9.7%。

随后，钙钛矿太阳能电池进入迅猛发展阶段，光电转换效率不断突破。得益于两步沉积法、氧化铝取代二氧化钛、采用阳离子交换等途径，钙钛矿太阳能电池转换效率相继突破15%、20%和25%。目前，单结钙钛矿电池转换效率记录为26.1%，由中国科学技术大学于2023年7月创造。

叠层电池方面，2023年11月，经NERL认证，隆基绿能自主研发的晶硅-钙钛矿叠层电池效率达到33.9%，为目前全球晶硅-钙钛矿叠层电池效率的最高纪录。

行业政策背景：推进技术研发和产业化进程

钙钛矿太阳能电池作为第三代新型太阳能电池，具有高转换效率、低成本、应用场景广泛等优势，契合光伏行业降本增效的主旋律，获得了国家的认可。近年来，国家层面出台相关政策推动钙钛矿电池产业发展，具体如下：

行业发展现状

1、钙钛矿电池转换效率进步快、理论极限高

钙钛矿电池的研究起步较晚，但其转换效率进步速度远快于晶硅电池。单结钙钛矿电池仅用十余年时间就将转换效率从3.8%提升至26.1%，晶硅/钙钛矿叠层电池转换效率更是迅速升至33.9%，而晶硅太阳能电池达到26.1%的转换效率用了近40年。

钙钛矿电池突飞猛进的发展得益于其优秀的光电性质。相比晶硅材料，钙钛矿材料具有更高的光吸收系数，且其电子和空穴的扩散长度大于百微米，远远大于钙钛矿材料对光子的吸收深度，有利于自由电子和空穴的输运，可被阴阳电极完全收集，进而实现高效的光电转化效率。

此外，钙钛矿电池拥有更高的理论转换效率，未来发展空间更大。追求持续的降本增效一直是光伏行业发展的主旋律，目前晶硅电池越来越接近29.4%的理论极限，发展潜力有限;而钙钛矿电池拥有更高的31%理论转换效率上限，且可与其他电池进行双结、三结叠层，分别达到35%和45%的转换效率。

2、钙钛矿电池生产效率高、制程耗时短

与晶硅太阳能电池相比，钙钛矿电池的制程耗时明显减少，一体化工厂生产效率大大提高。晶硅电池需要至少在四个不同的工厂分别加工硅料、硅片、电池、组件，单位制程至少需要3天以上，同时还需要大量的人力、运输成本等。根据协鑫纳米的数据，钙钛矿太阳能电池的生产流程较为简单，仅需45分钟就可将玻璃、胶膜、靶材、化工原料等在一个工厂内加工成组件，极大地缩短了制程耗时，简化了流程，价值高度集中。

3、镀膜、激光刻蚀为制备过程核心环节

钙钛矿电池在结构上由多个功能薄膜叠加而成，其制备在方法上也是在基底上一层层累置薄膜而成。整个过程中三层薄膜(空穴传输层HTL、钙钛矿层、电子传输层ETL)制备最为关键，镀膜、激光刻蚀为核心环节，镀膜设备(PVD、RPD)、激光设备和涂布机为核心设备。

钙钛矿太阳能电池根据电荷传输方向不同分为n-i-p型(正式结构)和p-i-n型(反式结构)，根据传输层结构不同分为介孔结构和平面结构。p-i-n平面型，又名反式平面结构，此结构从下至上分别是：透明导电基底、p型空穴传输层、钙钛矿层、n型电子传输层和金属电极。目前反式平面结构为钙钛矿电池产业化进程中较为主流的选择，布局该类电池的企业包括协鑫光电、极电光能等。

以反式平面结构为例，其工艺流程为：导电透明玻璃制备-激光P1刻蚀-制备第一传输层薄膜-退火/干燥-制备钙钛矿层薄膜-退火烘干-制备第二传输层薄膜-退火/干燥-激光P2刻蚀-底电极(背电极)制备-激光P3刻蚀-激光清边-测试分拣和封装。钙钛矿电池组件生产共需要镀膜设备、激光设备、涂布设备和封装设备4种设备，需进行3次镀膜、3次激光刻蚀+1次激光清边。制备过程中，材料、工艺、设备共同铸就钙钛矿电池企业的核心竞争力，钙钛矿电池产业化发展带来关键设备的投资机会。

行业竞争格局

1、企业竞争：极电光能、协鑫光电产能领先

随着钙钛矿电池企业自身工艺进步与产业资本的持续高涨投入，行业内公司的产线推进迅速，极电光能、协鑫光电等头部企业大多已投产百兆瓦级量产中试线，并在产品稳定性得到验证后进一步探索GW级产线;新进入者也在跟进布局百兆瓦级中试线。

2、区域竞争：江苏分布最集中

从钙钛矿电池产业链代表性企业的区域分布来看，江苏的钙钛矿电池产业链企业数量最多，且产业链各环节分布相对完善。其中，江苏的上游辅材企业有亚玛顿、秀强股份、赛伍技术，上游设备企业有微导纳米、迈为股份、德龙激光、弗斯迈，中游钙钛矿电池企业众多，分布有天合光能、宝馨科技、协鑫光电、大正微纳、极电光能、仁烁光能。

行业发展前景及趋势预测

目前，国内钙钛矿电池行业仍处于产业化发展初期，未来发展重点主要集中在提升电池的光电转换效率和提升钙钛矿材料的稳定性，研制具有更高稳定性、更高光电转换效率的钙钛矿太阳电池是发展趋势。此外，由于钙钛矿材料大多含有Pb元素，会对环境有潜在影响，因此，无铅化、低毒性材料研发也是重要的关注方向。

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国钙钛矿电池（PSCs）产业发展前景预测与投资战略规划分析报告》。

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