金属与材料行业报告：光电性能优异，钙钛矿产业化进程加速

行业报告 | 行业研究周报 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 1 金属与材料 证券研究报告 2024 年 03 月 03 日 投资评级 行业评级 强于大市(维持评级) 上次评级 强于大市 作者 刘奕町 分析师 SAC 执业证书编号：S1110523050001 liuyiting@tfzq.com 资料来源：聚源数据 相关报告 1 《金属与材料-行业研究周报:铝锂合金：先进轻量化结构材料，大飞机“减重”的秘密武器》 2024-02-25 2 《金属与材料-行业研究周报:假期累库较多，基本金属价格等待旺季驱动》 2024-02-25 3 《金属与材料-行业研究周报:长假期间海外 CPI 数据超预期，金属价格有所 走弱》 2024-02-18 行业走势图 光电性能优异，钙钛矿产业化进程加速 事件：南京大学谭海仁教授课题组研制的大面积全钙钛矿光伏组件取得新突破，稳态光电转化效率达 24.5%，刷新此类组件的世界纪录，为后续产业化发展打下技术基础。相关论文 2 月 23 日发表于国际学术期刊《科学》。 钙钛矿：光电性能优异，应用场景多样 钙钛矿材料的性能众多，光电性能突出，应用广泛。钙钛矿是 ABX3结构的化合物组成的材料家族，化合物结构上有许多特性，在凝聚态物理方面应用及研究甚广。各种不同的元素可构成上百种理想的或稍有变形的钙钛矿晶体，变体往往具有各向异性并伴随新性能的出现。因其出色的光电性能，被应用到光电探测、LED、光催化剂、太阳能电池等领域，钙钛矿太阳能电池为近年的研究热点。 钙钛矿太阳能电池：重点研发方向，发展前景广阔 钙钛矿较晶硅材料拥有多种优势，太阳能电池产业化呈现加速趋势。和传统晶硅材料相比，钙钛矿材料具备三大核心优势：光电特性非常好、原材料丰富且易于合成、生产工艺流程短。此外钙钛矿光伏组件更轻、更薄，具有可弯曲、半透明等良好特性，应用场景更丰富。目前，钙钛矿具备效率高成本低等优势，但基本处在研发阶段。技术研究方面钙钛矿电池效率不断突破，政策支持方面各国广泛将钙钛矿太阳能电池纳入重点支持计划。在国家产业政策支持下，钙钛矿电池将从实验室阶段向产业化阶段转变，产业化进程呈现加速趋势。 钙钛矿发展仍然面临挑战，优异性能决定其重要地位 钙钛矿太阳能电池未来的发展仍面临材料设计、开发和制备等问题和挑战。在现有技术基础上进一步完善理论研究、降低成本、提高转换效率和稳定性、优化实验方案及电池结构、推进其工业化，是其必然的发展趋势。整体来看，优异的性能和低廉的成本仍能使钙钛矿在太阳能领域成为晶硅材料的有力竞争者，在未来能源结构中占有重要的地位，发展前景广阔。 风险提示：技术发展不及预期风险；下游需求不及预期风险；产业政策推进不及预期风险。 -42%-36%-30%-24%-18%-12%-6%0%2023-032023-072023-11金属与材料沪深300 行业报告 | 行业研究周报 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 2 1. 钙钛矿：光电性能优异，应用场景多样 钙钛矿，最初仅指钛酸钙（CaTiO3），后来 ABX3结构的化合物组成的材料家族被统称为“钙钛矿”材料。钙钛矿的化合物结构上有许多特性，在凝聚态物理方面应用及研究甚广，物理学家与化学家常以其分子公式中各化合物的比例（1:1:3）来简称之，因此又名“113 结构”。各种不同的元素可构成上百种理想的或稍有变形的钙钛矿晶体：A 位置可由 Ba、Sr、Pb 等元素及镧系金属占据，B 位置可由 50 余种元素占据，X 位置则可由 O、卤族元素 F、Cl、Br、I 等占据。目前，钙钛矿材料可通过传统的高温固相法（陶瓷工艺方法）、溶胶-凝胶法、水热合成法、高能球磨法和沉淀法、气相沉积法、超临界干燥法、微乳法及自蔓延高温燃烧合成法等多种方法进行制备。 图 1：钙钛矿晶体示意图 图 2：钙钛矿化合物的晶胞及晶体结构 资料来源：mindat，天风证券研究所 资料来源：《钙钛矿结构》高西汉，天风证券研究所 表 1：钙钛矿材料的研究与应用历程 时间 研究人/机构 事件 1839 Gustav Rose（德） 在俄国乌拉尔山脉考察中发现元素组成为 CaTiO3的矿物，并将其命名为“perovskite”以纪念同名的俄国地质学家 1892 H.L. Wells（美） 第一次合成了基于 CsPbX3的钙钛矿物质 1947，1955 Philips（荷兰） 纽约大学 Western Electric 将氧属族钙钛矿用于容器和机电传感器，实现第一次应用实例 1957 Siemens（德） 将氧属族钙钛矿用于电阻器件 1964 Compagni e Generale d’Electricité（法） 将钙钛矿固体电极用于燃料电池 1971 美国 Exxon Research Engineering 发展了基于钙钛矿阴极的电催化装置，可以将醇类转化为酮类 1975 Hitachi（日） 设计了基于钙钛矿材料的气体传感器 1978 D. Weber（德） 第一次制备有机无机杂化钙钛矿 1979 日本 NGK Insulators 推出一种基于钛酸钡 BaTiO3的蜂窝结构体，用作加热元件 1981 美国 GTE Laboratories 发展了基于钙钛矿晶体的激光器 1988 英国 Ferranti Plc (Oldham, U.K.) 日本 Sharp 发展了基于钙钛矿结构的超导体 发展了基于稀土掺杂钙钛矿结构的热电转化材料 1994 美国 IBM 公司 D.B. Mitzi 等 利用有机无机杂化钙钛矿制备 LED 器件 1996 美国 Boeing 公司 引入具有钙钛矿结构的铯-锗卤化物盐作为光电子学的非线性光学晶体 1999 Murase Chikao（日） 利用钙钛矿结构的稀土氧化物作为太阳能电池的光吸收涂层 2000 以来 钙钛矿在太阳能电池的应用获得突破 资料来源：浙理材料学院公众号，天风证券研究所 行业报告 | 行业研究周报 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 3 钙钛矿材料的各种变体往往具有各向异性并伴随新性能的出现，曾被应用到光电探测、LED、光催化剂、太阳能电池等各种领域。光电探测器领域方面，由于钙钛矿材料的高吸收系数和高载流子迁移率，它们能够有效地接收和转换光能。这使得钙钛矿材料在红外光和可见光探测器中表现出优异的性能。LED 方面，由于其广阔的发射光谱范围和高光电转化效率，钙钛矿材料可以用于制备高效、宽光谱范围的 LED 照明器件。光催化剂方面，钙钛矿材料可以吸收可见光，并具有良好的光生电子和光生空穴分离能力，可用于水分解、有机污染物降解等光催化反应。光伏领域方面，2009 年