产业深度01期-钙钛矿电池产业链深度报告(四)：效率极限探索下，叠层电池振翅欲飞

请务必阅读正文之后的免责条款部分 [Table_Main] [Table_Title] 产业研究月报 2023.07.05 ， 01 期 钙钛矿电池产业链深度报告（四）：效率极限探索下，叠层电池振翅欲飞 [Table_Summary] 摘要： 叠层电池有望提升理论光电转换效率至 46%，技术路线选择受工艺及量产成本影响。受益于钙钛矿优异的光电转化性能与连续可调的带隙分布，钙钛矿电池可与其他光伏电池组成叠层电池，将太阳能电池理论效率提升至 46%。叠层电池根据器件组合方式可分为两端与四端结构，两端可大幅降低封装耗材用量，但制备难度较高，四端工艺两个子电池相互独立，制备工艺成熟，但未来降本空间有限。 全钙钛矿电池材料成本最低，钙钛矿/晶硅叠层当前最具性价比。钙钛矿-钙钛矿叠层电池降本空间显著，其中辅材成本与设备投资成本具有明显优势，但当前该类电池也受限于钙钛矿材料的稳定性与吸光质量。钙钛矿-晶硅两端叠层兼具钙钛矿与晶硅优势，其中，钙钛矿-HJT 电池凭借工艺适配度及效率潜力，受到产业端青睐，目前主要掣肘在顶电池沉积工艺及光学损失。 叠层设备沿袭晶硅与单结钙钛矿，真空蒸镀与 ALD助力工艺进步。在钙钛矿-晶硅叠层上层制备中，相较于涂布工艺，真空蒸镀可直接在晶硅电池上层金字塔绒面结构镀膜，形成致密均匀薄膜，随着关键器件国产化及规模化，真空蒸镀有望进一步降本。ALD 精度高、三维共形性好，能够制备大面积均匀、致密的薄膜，可用于制备叠层电池的致密SnO2 电子传输层与中间隧穿层等。随着各类钙钛矿电池产业化，ALD 有望通过规模放量实现可观增长。 光伏龙头布局晶硅叠层，多路线推动产业发展。目前，上市公司布局主要聚焦于钙钛矿-晶硅叠层，钙钛矿叠 Perc/Topcon/HJT 多路线并存，例如隆基绿能、通威股份等光伏龙头相继入局，有望推动叠层电池产业化发展。初创公司叠层电池涵盖全钙钛矿叠层、钙钛矿-晶硅叠层、钙钛矿-铜铟镓硒叠层等多领域，路线胜出取决于提效降本效果。 风险提示：叠层电池技术提升不及预期、成本下降不及预期、下游应用需求不及预期 [Table_Author] 产业研究中心 作者：肖洁 电话：021-38674660 邮箱：xiaojie@gtjas.com 资格证书编号：S0880513080002 作者：鲍雁辛 电话：0755-23976830 邮箱：baoyanxin@gtjas.com 资格证书编号：S0880513070005 [Table_DocReport] 往期回顾 制造业数字化转型投资框架：迈入工业数字化时代 2023.06.26 机器人产业深度（三）：机器人的关节——精密执行器 2023.06.26 丹纳赫案例研究（上）：——从投资到并购、从财务到产业 2023.06.19 铝型材产业研究展望： 一体化压铸趋势明朗，市场竞争系渗透率提升主要驱动力——新能源产业研究系列（十） 2023.06.12 铝型材产业研究展望： 汽车轻量化已成趋势，一体化压铸优势显著——新能源产业研究系列（九） 2023.05.29 （感谢博士后工作站文越对本报告 的贡献） 产业深度 产业深度 请务必阅读正文之后的免责条款部分 2 of 19 目 录 1. 叠层电池提效空间广阔，路线选择取决于工艺与成本 ................... 3 1.1. 叠层电池结构拓宽理论转化效率至 46%，钙钛矿搭配灵活多样 3 1.2. 叠层提效优势显著，路线选择取决于量产成本 ....................... 4 2. 全钙钛矿叠层降本潜力最大，钙钛矿-晶硅叠层性价比显著........... 5 2.1. 钙钛矿-钙钛矿叠层降成本潜力最大，技术瓶颈亟待突破 ........ 6 2.2. 钙钛矿-晶硅两端叠层兼具钙钛矿-晶硅优势，产业化关键在光电学匹配............................................................................................ 8 2.3. 四端叠层工艺传导顺畅，中短期钙钛矿-晶硅叠层低成本吸睛 . 9 3. 叠层设备沿袭晶硅与单结钙钛矿，增量关注真空蒸镀与 ALD ..... 10 3.1. 钙钛矿-晶硅叠层上层制备为关键，真空蒸镀助力钙钛矿薄膜均匀生成...........................................................................................11 3.2. ALD 应用于钙钛矿电池多领域，高共形高精度助力效率升级 13 3.2.1. 微导纳米 ....................................................................... 14 4. 光伏龙头布局晶硅叠层，多路线推动产业发展 ........................... 16 产业深度 请务必阅读正文之后的免责条款部分 3 of 19 1. 叠层电池提效空间广阔，路线选择取决于工艺与成本 1.1. 叠层电池结构拓宽理论转化效率至 46%，钙钛矿搭配灵活多样 叠层电池技术有望提升太阳能电池理论效率至46%。由于太阳光光谱的能量分布较宽，现有的任何一种半导体材料都只能吸收其中能量比其禁带宽度值高的光子。太阳光中能量较小的光子将透过电池被背电极金属吸收，转变成热能；而高能光子超出禁带宽度的多余能量，则通过光生载流子的能量热释作用传给电池材料本身的点阵原子，使材料本身发热。这些能量都不能通过光生载流子传给负载，变成有效电能，限制了单结太阳能电池的转换效率极限。针对此类问题，钙钛矿叠层电池开辟了新的思路：钙钛矿的光电转化性能优异且带隙连续可调，可通过控制 A、B、X 实现带隙与能级分布的连续调整。因此，钙钛矿可以搭配其他半导体材料，按禁带宽度从小到大、光谱波段由长到短从底向顶叠合，让波长最短的光被最外侧的宽隙材料电池利用，波长较长的光能够透射进去让较窄禁带宽度材料电池利用，从而减小单结电池中载流子热驰豫导致的能量损失，拓宽太阳能光谱的利用范围，实现光子全方位吸收。叠层电池效率可突破 Shockley-Queisser (SQ)极限，理论最高极限可拓宽至 46%以上。 图 1：单结太阳能电池转换效率面临瓶颈 图 2：叠层电池结构实现光能利用互补 资料来源：协鑫光电，国泰君安证券研究 资料来源：《两端钙钛矿/晶硅叠层太阳电池研究进展》 图 3：钙钛矿电池带隙覆盖半