钙钛矿优势、结构特性、产能、技术、工艺流程与供需分析

钙钛矿优势、结构特性、产能、技术、工艺流程与供需分析

百MW中试线运行成熟,GW线逐步落地。

1.钙钛矿:光电材料新秀,提效快、成本低

钙钛矿为一类化合物统称(ABX3),具备组分可调、带隙可调,量产成本低等优势,自结构提出以来实验室 级量产效率快速提升,具备充足的光电竞争潜力。1839年德国矿物学家GustavRose发现了矿物质钛酸钙 CaTiO3。后来ABO3型氧化物的简单钙钛矿被广泛研究,于是人们以“perovskite”一词来描述庞大的钙钛矿 家族及其衍生化合物。

对比:钙钛矿优势多,产业化潜力十足

1)效率上限更高。钙钛矿电池具备高光吸收系数、受温差影响小,光电损失少,单结钙钛矿电池效率上限超 30%,双结叠层效率上限更有望接近45%,而晶硅电池效率难以突破30%。

2)潜在量产成本更低。钙钛矿电池产能投资约5-7亿元/GW,未来成熟后有进一步下降空间;GW级量产组件 成本小于1元/W,有望向0.5元/W靠拢,可实现全口径平价上网,而晶硅电池成本较高。

3)具备高弱光效应。钙钛矿材料在可见光范围吸收系数可以达到105 cm-1,具备高光捕获能力;并且电池带 隙,接近弱光下电池最高效率所需带隙,因此在阴雨天气和日出日落等弱光环境均能工作。

4)下游应用领域广阔。钙钛矿电池在分布式光伏市场具备竞争力,可广泛应用于BIPV幕墙和屋顶,此外也是 光伏车顶的优良材料。

2.钙钛矿材料稳定性存在担忧,产业化受制

离子晶体结构,钙钛矿材料具备不稳定性。钙钛矿自身的不稳定性可分为:1)物理不稳定性,即材料本身分 解能较低,离子容易发生扩散,温度或者组分的差异会导致钙钛矿材料发生成分偏析或者相分离,影响钙钛矿 层的光电性能和长期稳定性;2)化学不稳定性,即钙钛矿具有离子键合特性,并且组成离子均为离子势较小 的“软”离子, 且含有较易分解的有机铵离子, 这使得钙钛矿体系形成能较小、缺陷密度较高、各组分反应活 性大,容易与环境中的水分子、空气发生反应,光照下发生相分离,同时大量缺陷的存在也使得离子迁移很容 易发生,是钙钛矿太阳能电池存在“迟滞”现象的重要原因,离子迁移的累积会造成钙钛矿晶体结构的崩塌, 极大地损害器件的长期稳定性 。

3.产能:百MW运行稳定,GW线逐步落地

钙钛矿百MW中试线运行2年+,25年GW线逐步落地。2022年-2023年钙钛矿行业初步显露市场,百MW中 试线密集落地。经过2年多稳定运行+小规模出货,钙钛矿迈向GW线逐步落地投产;行业已有京东方+极电光 能两条GW单线投产,预计25H2纤纳光电、协鑫光电、宁德时代等GW线有望投产落地,26年仁烁光能等厂商 亦有望跟进GW线投产。

4.技术:单结针对差异化市场,叠层突围主力市场

晶硅产能过剩压制单结钙钛矿性价比,单结钙钛矿依靠差异化求存、叠层组件依靠效率突围光伏主力市场。晶 硅组件量产技术成熟,在产能过剩背景下行业亏损销售、导致技术具备极致性价比(TW级产能、价格0.6元 +/W、组件效率23%+)。相较下,钙钛矿由于量产规模较小,技术竞争上存在劣势(百MW单线产能、成 本1-1.5元/W、组件效率18%+)。

单结钙钛矿:1)弱光发电可带来发电量优势;2)推出差异化市场产品,如柔性、玻璃幕墙等。叠层钙钛矿: 依靠叠层效率优势与晶硅主力市场竞争,预计25H2量产27%+叠层产品有望推出市场,领先主流效率4%+, 赚取效率溢价。

技术:2端子叠层技术难度高,4端子更具量产能力

钙钛矿具备带隙、组分可调整等优点,因此可调制不同带隙的配方与晶硅等底电池搭配制作叠层电池。1)2 端子:两结叠层电池为主要应用方向,钙钛矿/晶硅叠层目前效率最高。叠层的结数越多,理论上可以获得更 高的效率,但是考虑到成本,目前两结叠层电池为主要应用方向;钙钛矿/晶硅叠层效率可达32%+。 2)4端子:但两端子叠层技术难度更高,短期量产难度较大。协鑫光电等运用4端子叠层技术实现电压匹配, 量产可行性更高,预计25H2有望推向市场。

5.钙钛矿:工艺流程较短,易于扩大生产

钙钛矿工艺流程较短,易于扩大生产。钙钛矿组件生产流程简单,可在45分钟内将化工原料、玻璃、靶材、胶 膜在单一工厂加工为组件, 目前GW级别晶硅组件产能投资需要7.5亿元,钙钛矿组件投资需5-10亿元。考虑 到目前钙钛矿电池处于起步阶段,晶硅电池产业链已经成熟,预计未来钙钛矿组件产能投资小于晶硅组件。

6.供给端:钙钛矿材料端空间测算

钙钛矿需求高增带动设备及原材料需求空间广阔,预计2030年设备及原材料空间达250/200亿元。若2030年 钙钛矿组件产量为45GW,产能对应设备市场空间为250亿元,其中镀膜/激光/涂布/封装设备为别为 125/63/38/25亿元;对应钙钛矿材料市场空间13亿元,玻璃市场空间123亿元(FTO玻璃86亿元,背板玻璃 37亿元),封装材料市场空间47亿元(POE胶膜及丁基胶各23亿元),靶材市场空间50亿元,玻璃及靶材因 单位成本占比较高,价值量空间较大。

7.需求端:钙钛矿空间广阔,有望30/35年45/130GW+

光伏装机需求向好叠加渗透率高增,钙钛矿组件市场空间广阔。假设2025/2030年全球光伏装机分别为 570/1089GW,组件在地面电站渗透率由2025年的0.03%逐步提升至2030年的1.6%,2025/2030年全球地面电站钙钛矿需求分别为0.11/12GW;在分布式中的渗透率由2025年的0.1%提升至2030年的5.6%,2025/2030全 球分布式钙钛矿需求分别0.31/32.71GW,2030/2035整体市场空间为45/130GW, 2025-2030/2035CAGR达 154%/78%,市场空间广阔。

相关推荐