光伏设备行业钙钛矿专题报告：光伏电池新势力，产业化进程正加速光伏设备姚健

钙钛矿专题报告：光伏电池新势力，产业化进程正加速评级：推荐(首次覆盖)证券研究报告2023年04月10日光伏设备姚健(证券分析师)杜先康(联系人)S0350522030001S0350123010003yaoj@ghzq.com.cnduxk01@ghzq.com.cn请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明2相对沪深300表现表现1M3M12M光伏设备-6.0%-0.2%-10.3%沪深300-0.5%4.3%-1.2%最近一年走势-0.2114-0.06520.08090.22700.37320.5193光伏设备沪深300mNsRmMnNoNoNmPxOtPrPtMbR8QaQpNmMtRpMlOmMmQeRoPrRaQrQqOuOnOpNwMqNnO请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明3投资要点◆ 钙钛矿电池效率、成本优势兼备。效率方面，钙钛矿电池转换效率提升快、上限高，单结可达31%，超过晶硅电池极限，2结叠层可达40%，3结叠层可达50%。成本方面，量产阶段钙钛矿组件成本预计为0.5-0.6元/W，是晶硅组件极限成本的1/2。◆ 行业扩产加速，各环节优化空间大。电池方面，2022年是钙钛矿产业化元年，预计2023-2024年扩产加速，或将出现更多百MW级产线投产、部分GW级产线招标，预计2025年将步入商业化阶段。材料方面，TCO玻璃确定性较强，其他材料尚未定型。设备方面，器件结构、材料组分、工艺方案均会影响设备选择，小面积阶段关注可行性，大面积阶段平衡性能与成本；设备现以定制为主，叠加国产化程度有限，投资成本较高，协鑫光电整线价值约1.2亿元/百MW，2025年有望降至5亿元/GW。◆ 全钙钛矿叠层是最终方案，TCO/靶材/设备是降本关键。提效方面，短期看，产业端将聚焦单节大面积及稳定性瓶颈，同时储备叠层技术；中期看，随着单节逐步成熟，晶硅/钙钛矿叠层凭借晶硅现有基础，有望率先实现量产，受益结构及工艺优势，HJT/晶硅叠层或将成为主流；长期看，全钙钛矿叠层成本及效率优势显著，有望成为最终方案。降本方面，TCO、靶材、设备是关键环节，分别通过材料调整+产能扩张、工艺优化+组分选择、规模化+国产化+方案优化。◆ 市场空间广阔，设备有望率先放量。电池方面，目前国内以初创企业为主，基于商业化、低成本、差异化三大逻辑，建议关注组件关键指标。设备环节，一方面，成熟化设备有望率先放量，溅射PVD设备关注捷佳伟创/京山轻机，激光设备关注德龙激光/大族激光/迈为股份，组件设备关注京山轻机/弗斯迈；另一方面，降本增效驱动下，设备方案存在较大优化空间，1）设备降本逻辑下，狭缝涂布设备关注德沪涂膜，以及LCD/锂电涂膜设备商；2）性能优化逻辑下，蒸镀设备关注京山轻机/奥来德/欣奕华，RPD关注捷佳伟创；3）叠层及整线逻辑下，关注捷佳伟创/京山轻机。材料环节，TCO玻璃成本占比高、确定性强，关注金晶科技。综合考虑光伏降本增效趋势、钙钛矿电池成本及效率优势、行业扩产加速及设备国产替代需求旺盛等因素，首次覆盖，给予钙钛矿行业“推荐”评级。◆ 风险提示：产业化进展不及预期；工艺路线波动风险；行业竞争加剧风险；研究报告使用的公开资料可能存在信息滞后或更新不及时的风险。请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明4报告框架资料来源：国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明51.钙钛矿电池效率、成本优势兼备请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明6降本增效背景下，光伏电池持续迭代◆ 降本增效驱动下，光伏电池基本经历了三个发展阶段：•第一阶段：晶硅电池，主要包括单晶硅电池和多晶硅电池两类，目前已实现商业化，但单晶硅电池生产成本高、制备工艺复杂、能耗高且会造成环境污染。•第二阶段：薄膜电池，主要包括非硅基薄膜电池、多晶硅薄膜电池、铜铟镓硒和砷化镓薄膜电池等，比硅基电池更能容忍较高的缺陷密度，在高温下能量转换效率衰减更小，弱光环境仍可以工作，但生产成本高、需要稀缺元素。•第三阶段：新型电池，主要包括染料敏化电池、钙钛矿电池和有机太阳电池等，具有能耗低、成本低、环境友好、原料丰富、制备工艺简单等优势。资料来源：大正微纳公众号图表1：光伏电池发展历程请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明7电池结构简洁，钙钛矿层是光电转换核心◆ 反式结构是主流应用，正式结构可以低温制备。钙钛矿电池的基本结构可分为正式结构（演化自染料敏化电池）、反式结构（演化自有机太阳电池），正式结构最大优势在于电子传输层可以低温制备，反式结构制备工艺简单、成本较低，目前反式结构是主流应用。根据阳极结构的不同，正式结构电池可分为平面型和介孔型，两者基本结构几乎一致，自下而上分别为TCO玻璃、电子传输层（ETL）、活性钙钛矿层、空穴传输层（HTL）和金属电极，差别在于，介孔型比平面型多了一层厚度为几百纳米的半导体多孔层。◆ 钙钛矿层是光电转换的核心。钙钛矿层吸收光子产生电子-空穴对，由于钙钛矿材料的激子束缚能很小，在室温下就能分离为自由的载流子，并分别被传输层材料传输出去、再被电极收集，形成电流做功，完成整个光电转换过程。资料来源：《高效率钙钛矿太阳电池发展中的关键问题》杨旭东资料来源：《钙钛矿太阳能电池及其空穴传输研究综述》王茹图表2：钙钛矿电池结构图表3：钙钛矿电池原理图请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明8钙钛矿电池理论转换效率更高◆ 晶硅电池转换效率提升空间有限。根据前瞻产业研究院数据，晶硅电池理论极限效率为29.43%，TOPCon电池理论极限效率为27.5%，HJT电池理论极限效率为28.2%-28.7%；目前TOPCon量产效率已达24.6%，HJT平均量产效率已超24%，晶硅电池量产效率提升空间有限，未来十年内或触及瓶颈。◆ 钙钛矿电池转换效率快速提升、空间更大。用于光伏电池的钙钛矿材料，其A位通常是某种有机基团，B位是金属阳离子X位是卤族阴离子，共同构成有机无机杂化钙钛矿，以CH3NH3PbI3为例，Pb和6个I组成一个[PbI6]八面体，8个[PbI6]八面体组成网络架构，CH3NH3+位于网络最中间，起到平衡作用。受益于特殊物相结构，有机无机杂化材料不仅能使半径差别悬殊的离子稳定共存，还赋予了诸多优异的电化学性能，包括窄禁带宽度、高吸收系数、高载流子迁移率和扩散长度等，这些特性使得极薄的钙钛矿膜层可以充分利用太阳光谱。另外，钙钛矿材料对杂质的容忍度极高，避免了晶硅常见的LID、PID和LeTID等光照/升温导致的效率衰减。钙钛矿电池转换效率提升快，且理论转换效率较高，单结可达31%，超过晶硅电池极限，2结叠层可达40%左右，3结叠层可达50%左右。资料来源：《钙钛矿太阳电池的制备与稳定性提升研究》林明月资料来源：赶碳号公众号图表4：钙钛矿立方相晶体结构示意图图表5：光伏电池转换效率请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明9钙钛矿电池稳态成本更低◆ 量产阶段组件成本仅为晶硅的一半。组件成本方面，根据能镜公众号数据，钙钛矿电池量产阶段预计为0.5-0.6元/W，是晶硅电池极限成本的1/2，成本优势显著。✓产能投资较低。钙钛矿电池制备工艺简洁，所有生产环节可在同一工厂内完成，45分钟内可完成，晶硅电池制备至少涉及4个不同工厂