一、鈣鈦礦電池高效率低成本，是光伏領域新希望

1.1 鈣鈦礦電池是第三代電池，單結和疊層技術并行發(fā)展

根據技術可以分為三類，其中高效電池技術路線為：單晶 PERC→TOPcon→ 異質結（HJT）、全背接（IBC）→背接觸異質結（HBC）、TBC、雙面異質結（BifacialHJT） →鈣鈦礦單節(jié)/鈣鈦礦疊層太陽能電池。

第一類：，包含單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太 陽能電池。第一代太陽能電池制備成本較高，光電轉換效率（PCE）一般，電池器件 穩(wěn)定很好，使用壽命一般在 20 年左右，目前已經投入市場應用。在晶硅技術路徑 里，經歷了 Perc-TOPcon-HJT 的三個階段。

第二類：，包括砷化鎵（GaAs）、碲化鎘（CdTe）、銅銦 鎵硒（CIGS）太陽能電池等，這類薄膜太陽能電池的轉換效率（PCE）較高，器件穩(wěn) 定性較好，電池器件制備工藝簡單，但電池使用的部分材料元素嚴重污染環(huán)境并且 地球儲備量很少，阻礙了這代太陽能電池商業(yè)化和工業(yè)量產。

第叁類：，包括鈣鈦礦太陽能電池、、有機太 陽能電池、量子點太陽能電池等。這類太陽能電池制備工藝簡單、原材料地球儲備 量大、光電轉化效率較高。

鈣鈦礦泛指化學結構通式為 ABX3 的化合物，合成簡單；鈣鈦礦電池是利用鈣鈦礦型的 有機-無機雜化金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池。鈣鈦礦是一個大的原子 或分子陽離子 A（+1 價）在一個立方體的中心。一般為甲胺 CH3NH3 +、甲脒 NH2CH=NH2 +。 立方體的角落被原子 B（+2 價）占據，通常為正二價錫離子 Sn2 +、鉛離子 Pb2 +，立方 體的表面被一個更小的帶負電荷的原子 X（-1 價）占據，通常為 I -、Br-、Cl-等。鈣鈦礦 材料屬于人工設計的晶體材料，合成工藝簡單，材料配方選擇較靈活，可設計性強，具 有高光電轉換效率、價格低廉、重量輕等優(yōu)點。

鈣鈦礦電池根據電荷傳輸方向不同，可分為 n-i-p 型和 p-i-n 型。二者區(qū)別在于兩種結 構傳輸層順序相反。n 代表電子傳輸層（ETL），i 代表鈣鈦礦活性層，p 代表空穴傳輸層 （HTL）。

正置結構 n-i-p 型：太陽能電池根據電子傳輸層結構不同又可分為介孔結構和平面 結構。介孔結構即在透明導電基底上依次沉積致密的 TiO2 電子傳輸層和 TiO2 介孔 層，介孔層可為鈣鈦礦的生長提供多孔基底、有效改善薄膜的均勻性、減少缺陷， 同時也是支撐鈣鈦礦的支架。由于薄膜沉積技術提高了鈣鈦礦薄膜質量，而介孔型 鈣鈦礦制備相對復雜，因此現在普遍使用平面型鈣鈦礦。平面結構不使用介孔支架， 直接制備鈣鈦礦層，工藝簡單，光電轉換效率更高。

倒置結構 p-i-n 型：鈣鈦礦作為本征半導體夾在兩個電荷選擇層之間，其制備工藝 簡單、成本低，可用于鈣鈦礦疊層器件的制備，且遲滯現象幾乎可以忽略。相對 ni-p 結構而言，p-i-n 結構鈣鈦礦太陽能電池最大的問題是效率不高，提高其效率是 目前的研究熱點，更適用于柔性電池器件的制備。

工作原理與晶硅電池類似，工作原理均為光生伏特效應。鈣鈦礦材料 介電常數大、激發(fā)能低，因此在吸收光子后可以產生空穴-電子對，并在室溫下解離。解 離的電子遷移至電子傳輸層（ETL），空穴遷移至空穴傳輸層（HTM）。電子和空穴分別經 電池兩側的透明導電電極（FTO）和金屬電極收集，并產生電流。

鈣鈦礦太陽能電池按技術路徑分為疊層和單結。單結鈣鈦礦電池即只有一個 PIN 結。疊 層鈣鈦礦電池主要系鈣鈦礦分別與鈣鈦礦、晶硅或薄膜電池進行疊層，擁有多層吸光層。 鈣鈦礦電池結構：由導電玻璃、電子傳輸層（ETL）、鈣鈦礦活性層、空穴傳輸層（HTL） 和金屬電極組成。各層材料可選擇較多。

TCO 導電玻璃：位于器件最底端，是太陽光和載流子傳輸的重要部件，其透光率、 表面粗糙度、表面方阻等會直接影響器件性能，常用的剛性基底為透明導電玻璃摻 氟氧化錫（FTO）、氧化銦錫（ITO），柔性基底通常為 ITO/PEN。

電子傳輸層（ETL）：一般由 N 型半導體組成，電子傳輸層在鈣鈦礦太陽能電池中起 著至關重要的作用：①影響鈣鈦礦材料的晶體結構；②有效提取和輸運光生電子； ③與光吸收層、電極之間的界面影響載流子輸運。電子傳輸層應與鈣鈦礦吸光層能 級匹配，且具有電子遷移率大、透光率高等特點。目前電子傳輸材料主要分為兩大 類:金屬氧化物、有機化合物，常見金屬氧化物電子傳輸材料主要有 TiO2、ZnO、SnO2 等；有機化合物一般為富勒烯衍生物（PCBM）、C60，C60 更能有效地傳輸電子和鈍 化缺陷，從而減少載流子復合，因此 C60 性能優(yōu)于 PCBM。

鈣鈦礦活性層：為鈣鈦礦太陽能電池的核心層，可吸收一定波長范圍內的太陽光， 促進光生載流子的解離與輸運。一般為有機金屬鹵化物。

空穴傳輸層（HTL）：一般由 P 型半導體組成，空穴傳輸材料要與鈣鈦礦層和對電極 有著合適的能級匹配，既可以高效地進行空穴的提取和傳輸，又能有效地阻擋電子 的遷移和載流子復合。根據材料組分的不同，空穴傳輸材料可以分為有機材料和無 機材料（NiO、CuOx、CuI 和 CuSCN）。spiro-OMeTAD 是 PSCs 中使用最早、應用最 廣泛的 P 型小分子空穴傳輸材料。

頂電極：可以是碳電極，或為 Au 或 Ag 等貴金屬制備的背電極。

鈣鈦礦能調整帶隙寬度，疊層技術可以提高光電轉換效率。據索比光伏網數據，鈣鈦礦 材料帶隙寬度約為 1.2-2.5eV，由于鈣鈦礦可人工合成，所以鈣鈦礦能調整帶隙寬度，可 將兩個具有不同帶隙的鈣鈦礦電池疊層以提高光電轉換效率。由于各類材料具備不同帶 隙，不同材料疊層可分別吸收不同光譜的光，可疊層以提高光電轉換效率。

不同材料疊層互補，以鈣鈦礦/晶硅疊層為主，鈣鈦礦/晶硅兩端疊層電池穩(wěn)態(tài)輸出 效率已經達到 32.44%：鈣鈦礦電池比晶硅電池能更有效地利用高能量的紫外和藍 綠可見光，而晶硅電池可有效地利用鈣鈦礦材料無法吸收的紅外光。

鈣鈦礦能調整帶隙寬度，提高光譜吸收效果，全鈣鈦礦疊層電池穩(wěn)態(tài)光電轉換效率 達到 29%：全鈣鈦礦兩端疊層電池包括兩個子電池：寬帶隙頂電池和窄帶隙底電 池，子電池間通過隧穿復合結以串聯(lián)的方式連接。疊層器件通過對不同波段的陽光 進行分別吸收，從而可以減少由于電子熱弛豫所造成的能量損失，從而提升電池的 光電轉換效率。

鈣鈦礦和晶硅疊層實現 1+1＞2 效果，轉換效率更高、發(fā)展速度最快。鈣鈦礦太陽能電 池可作為頂電池與硅電池形成疊層太陽能電池，即鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池。鈣鈦礦 -硅疊層電池可分為兩端疊、三端疊和四端疊。目前單結電池實驗室效率記錄已達到了 25.7%，兩端疊電池實驗室效率超過 31%；而兩端疊電池的理論效率可達 45%，遠高于 單結電池的 S-Q 極限效率 33%。

兩端疊層電池：兩端疊層電池是將鈣鈦礦電池直接旋涂在硅底電池上，通過中間的 透明導電層連接在一起，形成串聯(lián)電池，兩端疊層電池只有頂部和底部兩個電極。2015 年由 MIT 大學 Mailoa 課題組首次成功制備，實現 13.7%轉換效率（PCE）。目 前兩端疊層電池實驗室效率超過 31%。

三端疊層電池：受限于低帶隙電池過小的 VOC，難以實現較高的性能，因此發(fā)展較 為緩慢。

四端疊層電池：可以分立的設計上下兩個組件，然后通過機械疊層組合在一起，工 藝更加簡單，可避免電流匹配對性能限制，因此更有可能實現高 PCE、低成本的疊 層電池。

根據類型，疊層電池可包括鈣鈦礦-PERC、鈣鈦礦-TOPerc、鈣鈦礦-TOPCon 以及鈣鈦礦-異質結四種。根據 2020 年 EUPVSEC 發(fā)布了德國弗勞恩霍夫太陽能研究所 的研究報告，據黑晶光電披露：

鈣鈦礦-PERC 電池：主要受限于正表面未鈍化的摻磷發(fā)射極，這將導致電池 Jsc 與 Voc 的降低，預估效率為 29.0%，其底電池成本約為 0.48 歐元/片，相對較低。

鈣鈦礦-TOPerc 電池（PERC 增加類似 TOPCon 的鈍化層）：得益于前表面的全局 鈍化及出色光學電學性能，可得到 30.0%光電轉換效率。N-TOPCon 層（鈍化層） 中的 FCA 部分補償光學增益，并進一步降低多晶硅厚度。替換摻磷發(fā)射極與相應工 藝的改變降低了此疊層概念成本，底電池 0.47 歐元/片。

鈣鈦礦-TOPCon 電池：Pero-TOPCon 通過全面積鈍化接觸代替局部 Al-BSF 適當提 高了電池效率，約為 30.1%。但是由于背部的銀色柵線，底電池成本較高約為 0.54 歐元/每片。

鈣鈦礦-異質結電池：轉換效率最高為 30.7％，但是由于設備和工藝耗材成本增加， 底電池成本進一步提高至 0.61 歐元/片。

1.2 與晶硅比，單結/疊層鈣鈦礦組件理論轉換效率更高、生產效率更高

1.2.1 追求高轉換效率是光伏電池發(fā)展核心動力所在，鈣鈦礦理論轉換效率較晶硅更高

追求高轉換效率是光伏電池發(fā)展的動力所在。在功率大型化發(fā)展趨勢以及硅料限制下， 光伏電池發(fā)展只有提高轉換效率這條路徑，而晶硅電池的轉換效率逼近材料理論極限效 率，從而發(fā)展出了鈣鈦礦太陽能電池。鈣鈦礦電池能夠實現更高的轉換效率，發(fā)展空間 大于晶硅電池，以及對降本的追求，量產后的鈣鈦礦電池成本相較于晶硅電池更低，降 本增效效果更加顯著。 鈣鈦礦弱光性能優(yōu)異，具備高轉換效率。弱光性能與材料帶隙數值有關，半導體材料以 1.4eV 為最優(yōu)帶隙，材料帶隙越接近 1.4eV 則效率越高。由于鈣鈦礦可人工設計，因此 鈣鈦礦材料存在帶隙寬度，據中科院物理研究所數據，鈣鈦礦材料帶隙寬度約為 1.2- 2.5eV，所以鈣鈦礦弱光性能優(yōu)勢優(yōu)異。對比晶硅材料，晶硅帶隙約 1.1eV，遠低于鈣鈦 礦材料帶隙最低值。

晶硅電池轉換效率已逼近極限 29.4%，鈣鈦礦理論效率高于晶硅電池，發(fā)展空間更大。 在理論極限下，晶硅太陽能電池、PERC 單晶硅電池、HJT 電池、TOPcon 電池的極限轉 換效率分別為 29.40%、24.50%、27.50%、28.70%。而單結鈣鈦礦電池理論最高轉換 效率達 31%，多結鈣鈦礦電池理論最高轉換效率達 45%，遠高于晶硅電池的 29.4%。 現實條件下，晶硅電池可實現的工程極限效率是 27.1%；量產電池方面，根據中國光伏 行業(yè)協(xié)會（CPIA）預測，到 2030 年，常規(guī) PERC 晶硅電池效率 24.1%，HJT 電池效率 26%，TOPcon 電池效率 25.6%，IBC 電池效率 26.2%，均逐步逼近材料理論極限。

鈣鈦礦電池逐步突破轉換效率，效率提升速度明顯快于晶硅電池。根據最新的 NREL 最 佳實驗室電池轉換效率圖，單結鈣鈦礦電池的實驗室最高效率為 25.7%，鈣鈦礦-硅串聯(lián) 電池的實驗室最佳轉換效率為 32.5%，遠高于晶硅電池的實驗室最高效率 27.6%。2009 年第一個鈣鈦礦電池被生產出來時，其轉換效率僅有 3.8%，短短 13 年左右時間，單結 鈣鈦礦電池實驗室轉換效率由 3.8%提升至 25.7%，而晶硅太陽能電池轉換效率提升花 費約 40-50 年，鈣鈦礦電池發(fā)展迅速。

1.2.2 鈣鈦礦電池投資成本低、產能成本低、降本空間大、生產效率高，競爭優(yōu)勢足

單結鈣鈦礦電池投資成本優(yōu)勢明顯，單 GW 投資成本僅為晶硅電池的一半。據協(xié)鑫光電 披露，以 1GW 產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 9.6 億元的投資規(guī)模，其中晶硅電池生產中硅料廠的投資成本約 3.45 億元，硅 片廠的投資成本為 4 億元，電池片廠和組件廠的投資成本分別為 1.5 億元和 0.65 億元； 而鈣鈦礦實現 1GW 產能需要的投資金額僅約為 5 億元左右，是同級別晶硅電池生產成本的 1/2 左右，對比第二代 GaAs 薄膜太陽能電池，成本約為其 1/10。

單結鈣鈦礦電池 5-10GW 級別量產后產能成本僅為晶硅電池 1/2。

鈣鈦礦電池材料成本低拉低綜合成本水平。據協(xié)鑫光電數據，單片組件成本結構中， 鈣鈦礦占比約為 5%，玻璃、靶材等占到另外的 2/3，鈣鈦礦 5-10GW 級別量產總成 本約為 5 毛-6 毛錢，是晶硅極限成本的 50%。

鈣鈦礦電池產業(yè)鏈垂直一體，涉及生產設備少，生產效率更高。鈣鈦礦電池產業(yè)鏈 明顯短于晶硅電池產業(yè)鏈，鈣鈦礦廠輸入化工原料、玻璃、靶材、封裝膠膜、接線 盒，輸出直接為組件。根據協(xié)鑫光電透露，100MW 單一鈣鈦礦電池工廠，從玻璃、 膠膜、靶材、化工原料進入，到組件成型，總共只需 45 分鐘。而對于晶硅來說，硅 料、硅片、電池、組件需要四個以上不同工廠生產加工，倘若所有環(huán)節(jié)無縫對接， 一片組件完工需要三天左右的時間，用時差異很大。

鈣鈦礦電池設備攤銷費用低，生產過程簡單，后續(xù)降本空間大。鈣鈦礦涉及生產環(huán) 節(jié)少，生產設備少，設備攤銷費用低，且產業(yè)鏈短更易維護，后續(xù)有望通過規(guī)模量 產降本。

鈣鈦礦電池能耗成本低。從能耗看，每 1W 單晶組件制造的能耗，約為 1.52kWh， 而鈣鈦礦組件能耗為 0.12kWh，單瓦能耗只有晶硅的 1/10。

理論測算中，鈣鈦礦/晶硅疊層組件生產成本低于 PERC 電池片。2020 年德國弗勞恩霍 夫太陽能研究所的研究報告基于 PERC、TOPerc、TOPCon 和異質結四個硅底部電池，結 合透明導電復合層（ReCo）及隧穿層（SIT）概念，對所有與鈣鈦礦串聯(lián)的疊層電池概念進行成本測算，由于減少步驟，PERC、TOPerc、TOPCon 底電池制造成本均低于目前主 流的 PERC 電池片。

鈣鈦礦原材料用量少，占比僅 3%，不存在原材料卡脖子問題，并避免材料稀缺性漲價。 鈣鈦礦制作過程無需硅料，制作金屬鹵化物鈣鈦礦所需原材料儲量豐富，價格低廉。硅 片厚度通常為 180 微米，而鈣鈦礦組件中，鈣鈦礦層厚度大概是 0.3 微米，相差三個數 量級。從鈣鈦礦組件成本結構占比來看，成本構成最多的是玻璃及其他封裝材料，達 34%， 而鈣鈦礦自身的材料成本占比僅為 3.1%。而且鈣鈦礦生產過程中的能耗比較低，多數環(huán) 節(jié)也無需真空環(huán)境，未來仍有較大的降本空間。

從 LCOE 角度，單結和多結鈣鈦礦電池整體度電成本較低。從 2018 年陳棋發(fā)布《鈣鈦 礦疊層光伏技術成本分析》看，在四種太陽能電池（PERC 多晶硅電池、單結鈣鈦礦電池、 鈣鈦礦/晶硅疊層電池、鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層電池）的轉換效率分別設定為 21%、19%、 25%和 23%，系統(tǒng)壽命統(tǒng)一假設為 20 年下，實驗室內四個太陽能電池 LCOE 分別為： 5.50$/KWh、4.34$/KWh、5.22$/KWh、4.22$/KWh。鈣鈦礦電池的材料成本要低于多晶 硅電池，使得單結和多結鈣鈦礦電池的整體度電成本得以降低。

疊層技術可助力降低LCOE。2020年德國弗勞恩霍夫太陽能研究所的研究報告基于PERC， TOPCon 和異質結四個硅底部電池，分析不同疊層電池在地面電站與分布式電站應用上 的 LCOE，發(fā)現與傳統(tǒng) PERC 電池相比，所有疊層概念都會產生明顯更低 LCOE，有望將 LCOE 降低約 11％。即通過鈣鈦礦疊層技術，太陽能電池的度電成本還將有所下降。

未來發(fā)展中，鈣鈦礦電池降本空間大。

單結鈣鈦礦轉換效率已達 25.7%，轉換效率提高，LOCE 可做到更低。鈣鈦礦是直 接帶隙材料，吸光能力遠高于晶硅，目前實驗室單結鈣鈦礦轉換效率已達 25.7%， 全鈣鈦礦疊層電池轉換效率已達 28.0%，鈣鈦礦-硅串聯(lián)電池的實驗室最佳轉換效 率為 32.5%，轉換效率已提高，LOCE 可做到更低。

鈣鈦礦電池壽命可達 30 年。2021 年 2 月纖納光電科技宣布，其自主研發(fā)的鈣鈦礦 量產組件順利通過了基于 IEC61215 標準的穩(wěn)定性加嚴測試，可保持 30 年穩(wěn)定性， 即使轉換效率和 PERC 組件相當，也能降低太陽能度電成本（LCOE）至 0.2 元。

鈣鈦礦溫度系數絕對值低于晶硅兩個量級，受溫度影響低，實際發(fā)電效率高于晶硅。 晶硅組件的溫度系數是-0.3 左右，這意味著，溫度每上升 1 度，功率會下降 0.3%。 也就是說，如果出廠標定是 20%的效率，在實際應用場合，當溫度升到 75 度，效 率大約就只剩 16%、17%。鈣鈦礦的溫度系數為-0.001，非常接近于 0，因此它的 實際發(fā)電效率就會顯著高于晶硅。

鈣鈦礦為人工合成，可選原材料范圍廣，材料降本可能性大。2018 年陳棋發(fā)布《鈣 鈦礦疊層光伏技術成本分析》，表示材料成本對于平準化度電成本的影響較大，而設 備成本的變化幾乎不影響系統(tǒng)的平準化度電成本�？紤]到鈣鈦礦可人工合成，可選 原材料范圍廣，所以材料降本可能性大。

1.3 下游應用場景豐富，關注 BIPV、分布式電站和地面電站三方向

鈣鈦礦太陽能電池下游應用場景豐富，包括 BIPV、分布式電站和地面電站。鈣鈦礦電 池既可以做成柔性電池組件，又可以做成剛性電池組件。

柔性電池組件：基于鈣鈦礦電池的質量輕、厚度小、柔性大、半透明等優(yōu)良特性， 鈣鈦礦組件在光伏建筑集成（BIPV）的應用中優(yōu)勢會得到放大，也是鈣鈦礦商業(yè)化 早起的重要切入點之一，柔性鈣鈦礦電池未來有望成為 BIPV 等應用場景的主流產 品。

剛性電池組件：鈣鈦礦疊加晶硅的剛性組件可以應用于地面光伏電站。目前，鈣鈦 礦太陽能電池在消費電子和移動電源方面對比其他光伏技術優(yōu)勢十分明顯，已完全 具備大量應用可行性。對于分布式和地面電站應用，隨著穩(wěn)定性的逐步提高和量產 后成本的大幅度下降，有望在 5 年左右形成成熟的產物，從而與主流的晶硅電池形 成有效競爭。

協(xié)鑫光電完成鈣鈦礦組件 BIPV 光伏玻璃 3C 認證，邁出建筑光伏市場第一步。光伏屋頂和光伏幕墻是 BIPV 的兩大細分方向，光伏屋頂是具有承重隔熱防水功能、并疊加電池 板形成的屋頂，并能有效提供工業(yè)廠房的用電需求；光伏幕墻則是將幕墻（如石材幕墻、 玻璃幕墻）和光伏發(fā)電功能相結合的幕墻，相較于屋頂，幕墻表面積更大，能有效提高 發(fā)電量，更適用于高樓大廈安裝光伏發(fā)電的需求。1 月 18 日，協(xié)鑫光電獲得由中國質量 認證中心（CQC）頒發(fā)的鈣鈦礦組件 BIPV 光伏玻璃 3C 認證證書，邁出開拓國內建筑光 伏市場重要一步。 纖納光電全球首款鈣鈦礦商用組件α已實現成功交付，開啟工商業(yè)分布式電站應用。 2022 年 7 月，纖納光電在浙江衢州舉行首批α組件發(fā)貨儀式，此次發(fā)貨數量為 5000 片， 用于省內工商業(yè)分布式鈣鈦礦電站，標志著纖納自主研發(fā)的鈣鈦礦產物進入實質性商業(yè) 化階段，正式敲開了鈣鈦礦光伏的應用大門。

二、9 步完成組件制備，量產關鍵看大面積制膜及穩(wěn)定性提高

2.1 鈣鈦礦技術工藝流程簡單，9 步完成組件制備

鈣鈦礦太陽能電池的生產流程較短，9 步就可完成一個完整的鈣鈦礦組件。根據協(xié)鑫光 電透露，100MW 的鈣鈦礦組件由 4 類設備構成：PVD 設備、涂布設備、激光設備、封裝 設備。前三個比較重要，封裝設備和晶硅的封裝設備差別較小，可以通用；PVD 設備和 涂布設備更多參照面板行業(yè)的 TFT 制程，即在三個主要設備中有 2 個來自面板行業(yè)，因 為鈣鈦礦的制造生產方式和面板有很多相似之處，晶硅基本上沒有重疊地方。PVD 設備 一共有 3 道，即陽極緩沖層、陰極緩沖層、背電極；涂布設備有 1 道，即涂布鈣鈦礦； 激光設備共有 4 道，即激光 P1、P2、P3、P4。

生產鈣鈦礦的具體流程為：首先輸入 FTO 玻璃，用 PVD 設備鍍陽極緩沖層，然后由激 光 P1 進行劃線，隨后是鈣鈦礦涂布結晶。接著是 PVD 的第二道設備鍍陰極緩沖層，再 進行激光 P2 劃線，并輸入背電極靶材，完成后再鍍背電極進行激光 P3 劃線，隨后進行 激光 P4，最終是封裝。

溶液涂布法典型的特征是由涂布裝置帶動鈣鈦礦前驅體溶液在基底上相對運動，由液體 的表面張力和基底接觸形成一層均勻的薄膜。由涂布裝置的不同，可分為刮刀涂布、狹 縫涂布和絲網印刷。 刮刀涂布法：利用刮刀將鈣鈦礦前驅體溶液分散到基底上，所制備鈣鈦礦薄膜的厚 度由前驅體溶液濃度、刮板與基底縫隙寬度和刮涂的速度決定。 狹縫涂布法：可以通過控制系統(tǒng)進行狹縫寬度、移動速度和輸液速度的調整，對薄 膜質量進行更精細化調控。狹縫涂布的方法可以將溶液密封在儲液罐中，既能夠提 高溶液利用率，又能保證溶液濃度的統(tǒng)一和減少對操作人員的影響。 絲網印刷法：通過絲網的數目和厚度調整制備薄膜的厚度，對絲網制備要求較高。

噴涂法和噴墨打印法是通過在噴頭內部施加壓力的方法將鈣鈦礦前驅體溶液從噴頭內 擠出并在基底上成膜的技術。噴涂法中常用的噴頭有高壓氣噴頭和超聲噴頭等。與噴涂 法不同，噴墨打印法利用噴頭內部壓電材料形變將溶液擠出，按照預設程序進行相對運 動，可以按要求制備不同圖案，避免了制版的過程，提高了鈣鈦礦原料的利用率。兩種 噴涂方法都可以通過調整鈣鈦礦溶液的濃度，噴頭與基底之間的距離和噴涂的速度等調 節(jié)鈣鈦礦成膜形態(tài)。

軟膜覆蓋法不依賴于常見的溶劑，也不需要真空環(huán)境，而是在壓力下用聚酰亞胺膜（PI） 覆蓋的方式將胺絡合物前驅體快速轉化為鈣鈦礦薄膜。該方法沉積的鈣鈦礦薄膜無針孔 且高度均勻，器件遲滯較小，重要的是，這種新的沉積方法可以在低溫空氣中進行，便 于大面積鈣鈦礦器件的制備。

氣相沉積法是在真空環(huán)境下，通過蒸鍍的方法制備鈣鈦礦薄膜。此方法涉及關鍵設備— —蒸鍍設備。相對于溶液法制備，氣象沉積的方法可以通過控制蒸發(fā)源的辦法精確調控 鈣鈦礦中各組分化學計量比，并且可以保證薄膜的均一性。但是真空氣相沉積需要使用 價格高昂的真空設備，而且需要較久的抽真空時間，這使得薄膜的制備時間變長和成本 升高。

2.2 從技術看量產關鍵有二，實現大面積高質量薄膜制備及攻克穩(wěn)定性痛點

目前制約鈣鈦礦電池商業(yè)化發(fā)展原因有二，大面積制備技術不夠成熟及結構穩(wěn)定性差。

大面積制備技術不夠成熟：目前大面積制備高效鈣鈦礦電池較困難，即制備效率超 過 20%以上、面積超過 1m?的單結電池難度較大。主要原因在：①制作出尺寸較大、 連續(xù)、均勻的鈣鈦礦涂層較困難；②TCO 薄膜具有微小電阻，因此面積增大時其電 阻率增大。目前，全球最大的單結鈣鈦礦組件為協(xié)鑫光電生產 1241.16cm?組件，效 率僅為 15.31%。

鈣鈦礦電池結構穩(wěn)定性差：主要原因在鈣鈦礦組件的實際應用受制于鈣鈦礦活性層 以及載流子傳輸層的弱穩(wěn)定性，鈣鈦礦材料在光照、加熱以及濕度下易分解，器件 中常用的金屬氧化物電子傳輸層（SnO2、TiO2 等）在紫外光下產生電子空穴復合， 兩者共同作用嚴重限制了鈣鈦礦光伏器件工作穩(wěn)定性。解決方案主要有：①采用復 合型鈣鈦礦材料，提高材料穩(wěn)定性；②采用疊層技術，如制備鈣鈦礦-晶硅疊層電池。

纖納光電的組件穩(wěn)定性痛點被攻克，引領鈣鈦礦產業(yè)化發(fā)展。經德國電氣工程師協(xié)會 （VDE）權威認證，纖納光電α組件已順利通過 IEC61215、IEC61730 穩(wěn)定性全體系認 證，纖納光電成為全球首個、且目前唯一完整通過這兩項穩(wěn)定性全體系測試的鈣鈦礦機 構。IEC61215 和 IEC61730 標準是光伏行業(yè)最重要的基礎標準，依據該標準所頒發(fā)的認 證是光伏組件進入國內外市場的必備通行證之一。

叁、組件+設備+材料叁端齊發(fā)力，鈣鈦礦產業(yè)化速度加快

3.1 國家政策加持，促進鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展

國家政策加持，促進鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展。由于鈣鈦礦太陽能電池具有高轉換效率、 低成本的突出優(yōu)勢，而且能夠助力我國實現碳達峰、碳中和的目標，目前中國政府已出 臺多項鈣鈦礦相關政策、措施，如《對于推動能源電子產業(yè)發(fā)展的知道意見》、《加快電 力裝備綠色遞延創(chuàng)新發(fā)展行動計劃》《、科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022—2030 年）》 等，持續(xù)推進鈣鈦礦技術進步，提升其規(guī)模化量產能力。

3.2 產業(yè)化進程加速，組件、設備、材料三端齊發(fā)力

全球鈣缽礦電池產業(yè)化進度分為三階段。目前鈣缽礦產業(yè)化發(fā)展主要在中國（處于小批 量產物試制，還未完成中試線跑通），英國、日本、韓國、荷蘭也在跟進。

研發(fā)階段（2009-2021 年）：新型有機無機雜化鈣鈦礦電池研發(fā)、實驗室最高效率 與晶硅電池相當、穩(wěn)定性不斷提高、材料定型。

成果轉化中試階段（2018-2025 年）：鈣礦電池放大技術與組件連接技術、產業(yè)化 裝備設計開發(fā)、組件壽命提升、小批量產物線的試制。

產業(yè)化應用階段（2025 年以后）：大組件批量生產流程的標準化設計、量產線產物 產能及良品率爬坡、原材料及設備國產化、降本增效搶占市場份動。

3.2.1 組件端：中試線逐步建設，組件實現出貨

鈣鈦礦公司加速布局，逐漸走向商業(yè)化。2021 年以來，可以明顯看到以纖納光電、協(xié)鑫 光電、極電光能、萬度光能為首的多家鈣鈦礦電池公司開始逐步走向商業(yè)化嘗試。

纖納光電：2022 年初，全球首條 100MW 鈣鈦礦規(guī)�；�產線建成投產；2022 年 5 月 20 日，全球首款鈣鈦礦量產商用組件α的產物首發(fā)，該組件具有功率高、穩(wěn)定性好、 溫度系數低、熱斑效應小等系列特性，而且產物具有 25 年產物材料與工藝質保，12 年線性功率輸出質保；2022 年 7 月 28 日，首批α組件正式出貨，此次發(fā)貨數量為5000 片，用于省內工商業(yè)分布式鈣鈦礦電站。

協(xié)鑫光電：2021 年 9 月，建成了全球首條 100MW 鈣鈦礦量產線，組件尺寸 1m× 2m，系統(tǒng)造價低于 3.0 元/W，合成溫度低于 100℃，能耗低；目前協(xié)鑫光電的 100MW 產線處于工藝開發(fā)和設備改造階段，下線組件效率已實現穩(wěn)步提升，預計 2023 年 底實現 18%以上的轉換效率，及 GW 級別產線建設。

極電光能：2022 年 12 月 8 日，極電光能 150MW 鈣鈦礦光伏生產線正式投產運行， 該產線是全球目前已投產且產能最大的鈣鈦礦光伏生產線，同時具備 BIPV 產物和 標準組件的生產能力，達產后年產值可達 3 億元。

萬度光能：21年6月投資60億元建設可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池生產基地項目， 項目一期建設一條 200MW 級可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池大試線，成功后擴充至 10GW 產能。

鈣鈦礦/晶硅疊層技術也正在進行，晶硅底電池以異質結和 TOPcon 電池為主。

寶馨科技：公司已與張春福、朱衛(wèi)東教授團隊以及安徽大禹實業(yè)合資成立寶馨光能， 用以開展在鈣鈦礦-異質結疊層方面的研究。前期，教授團隊在鈣鈦礦/晶硅疊層電 池自測效率已大于 29%。未來，公司計劃 2023 年年底前將完成鈣鈦礦/異質結疊層 電池突破30%任務；2024年年底開始建設100MW級鈣鈦礦/異質結疊層電池產線， 效率突破 32%，加速老化等效外推壽命達到 25 年；力爭 4 年內實現 GW 級量產線 建設，效率提升率大于 15%。

杭蕭鋼構：子公司合特光電電池技術選擇高效異質結+鈣鈦礦疊層電池”，將在不晚 于 2023 年 5 月 10 日，實現高轉化效率鈣鈦礦/晶硅薄膜疊層電池 100 兆瓦中試線 投產，且電池轉化效率達到 28%以上。

黑晶光電：公司是國內首家專注于高效疊層太陽能電池研發(fā)的公司，2023 年 2 月與 皇氏集團控股子公司皇氏農光互補簽訂《新一代太陽能電池：鈣鈦礦/晶硅疊層技術 合作框架協(xié)議》，共同推進 TOPCon/鈣鈦礦疊層電池產物技術的研發(fā)、生產及產物應 用。

3.2.2 設備端：進入驗收出貨階段，實現量產交付

鈣鈦礦設備端產業(yè)化速度較快，部分廠商已實現量產交付。目前，設備出貨主要集中在 專業(yè)化廠商，以眾能光電、京山輕機、捷佳偉創(chuàng)、德滬涂膜為首的國產鈣鈦礦設備廠商 競爭實力雄厚，部分設備產物已進入驗收、出貨、交付階段。

RPD 鍍膜設備：供應商以捷佳偉創(chuàng)為主，公司的 RPD 設備具有多項的自主知識產 權和極高的技術壁壘。2022 年 7 月，捷佳偉創(chuàng)的首臺套量產型鈣鈦礦電池核心裝備 出貨，“立式反應式等離子體鍍膜設備”（RPD）通過廠內驗收，將發(fā)運給客戶投入生 產；并再次中標某領先公司的鈣鈦礦電池量產線鍍膜設備訂單。

PVD 鍍膜設備：供應商以京山輕機為主，具備完全自主知識產權，是用于鈣鈦礦電 池制備過程中沉積電子傳輸層（ETL）或空穴傳輸層（HTL）的鍍膜設備。作為鈣鈦 礦設備領域的先行者和領導者，公司團隊率先具備 PVD 鍍膜設備的研發(fā)經驗和交付 經驗，并已具備成熟的供貨能力。

蒸鍍設備：供應商以京山輕機和捷佳偉創(chuàng)為主，京山輕機鈣鈦礦電池團簇型多腔式 蒸鍍設備現已量產。捷佳偉創(chuàng)自主研發(fā)的鈣鈦礦共蒸法真空鍍膜設備成功中標了某 全球頭部光伏公司的鈣鈦礦電池蒸鍍設備項目。

涂布設備：供應商以德滬涂膜為主，產物為板級鈣鈦礦和鈣鈦礦-晶硅疊層關鍵涂膜 設備，公司開發(fā)的全球首套用于大面積鈣鈦礦太陽能面板制造核心涂膜設備系統(tǒng)驗 收成功。

激光設備：主要供應商有杰普特、邁為股份、帝爾激光等，杰普特的鈣鈦礦激光設 備已推出二代產物方案，涵蓋 P1-P3 薄膜劃切工藝段及 P4 清邊工藝四臺設備及前 后小型自動化設備。

全產線設備：供應商以捷佳偉創(chuàng)、眾能光電為主。捷佳偉創(chuàng)產物包括狹縫涂布、 PVD/RPD、蒸發(fā)鍍膜設備，目前捷佳偉創(chuàng)已經獲得了狹縫涂布、PVD/RPD、蒸發(fā)鍍 膜等設備訂單。眾能光電產物包括涂布機、刮涂機、激光刻蝕機、PVD 和 ALD 等， 目前已與國內大型央國企、民營公司和知名高�？蒲袡C構累計完成近 200 個單體工 藝設備交付。

3.2.3 材料端：靶材已進入驗證階段，TCO 導電玻璃發(fā)展快已實現供貨

TCO 導電玻璃及靶材分別為 34%、31%，是鈣鈦礦主要核心材料。據協(xié)鑫光電數據， 其 100MW 級別組件量產成本構成，TCO 導電玻璃及其他封裝材料占比第一達 34%，電 極材料占比第二達 31%。

TCO 導電玻璃：是透明導電薄膜的一大分類，具有光學帶隙寬、可見光透過率高、 紅外反射率高、導電性好、機械強度高、化學穩(wěn)定性好等特點，常見的 TCO 材料包 括 In、Sn、Zn 和 Cd 的氧化物及其復合多元氧化物薄膜材料。金晶科技是為數不多 掌握 TCO 導電玻璃技術且量產公司之一，TCO 導電膜玻璃已經成功下線，并且與國 內部分碲化鎘、鈣鈦礦電池公司建立業(yè)務關系，得到認可開始供貨。

靶材：鍍膜靶材是通過磁控濺射、多弧離子鍍或其他類型的鍍膜系統(tǒng)在適當工藝條 件下濺射在基板上形成各種功能薄膜的濺射源。隆華科技鈣鈦礦電池用靶材當前已 進入下游客戶的供貨測試階段。

富勒烯衍生物：一種電子傳輸材料，萬潤股份富勒烯應用技術處于審核階段。

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精選報告來源：【未來智庫】。