政策相继落地我国钙钛矿电池行业降本增效优势明显 BIPV打开增量市场

2024-08-09 09:26

手机浏览

1、钙钛矿电池概述

根据观研报告网发布的《中国钙钛矿电池行业发展趋势分析与未来投资预测报告（2024-2031年）》显示，钙钛矿电池是指钙钛矿型太阳能电池，钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿结构材料作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代薄膜电池的代表，包括纯钙钛矿电池和钙钛矿叠层电池两种类型。相比于晶硅电池，钙钛矿电池具有极限转换效率高、生产成本低、制备工艺简单、高柔性等优势，可以应用于光伏发电、LED等领域。

钙钛矿电池本质为薄膜电池，主体通过镀膜工艺层层制备，几乎包括TCO层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、背电极在内的所有功能层，但具体制备路线未完全确定。

钙钛矿电池各功能层主要工艺对比（以反式为例）

钙钛矿功能层	制备要求	可选设备	工艺流程	工艺特点	单位价格（百兆瓦：万元/台）
空穴传输层	均一性、重现性高	狭缝涂布	将前驱体溶液放在储液泵中，由控制系统按照设置的程序将其均匀地从狭缝涂布头中连续挤出，沉积在基底上以形成连续、均匀钙钛矿液膜	设备投资低，印刷速度快；对涂布头要求高；均一性、重现性较低	1000
空穴传输层	均一性、重现性高	磁控溅射	/	设备投资高；均一性更高、缺陷态更少	2000
钙钛矿层	均一性、重现性高	狭缝涂布	/	设备投资低；良品率有待提高	1000
钙钛矿层	均一性、重现性高	真空蒸镀	真空条件下，将镀料加热蒸发或升华，材料的原子或分子直接在衬底上成膜	各组分化学计量比可控，均匀性较好；设备投资高；抽真空时间较久	1500
电子传输层	不对柔性钙钛矿层造成损伤	狭缝涂布	/	设备投资低；良品率有待提高	1000
		真空蒸镀	/	薄膜致密、均匀、无孔洞，可大面积制备；对钙钛矿层无损害；设备投资高；卤化物的蒸镀会对蒸发设备有腐蚀作用	1500
		RPD	使用低能量高密度电子束升华靶材，产生高解离率的离子镀着在衬底的表面	不损伤衬底表面；设备投资高；良率和转换效率高	2600
		ALD	在真空条件下，将气相前驱体脉冲交替地通入反应室并以单原子形式沉积	不损伤衬底表面；制备薄膜最为致密；设备投资高；速度缓慢	2000
金属电极层	电导率高	磁控溅射	/	技术成熟，沉积速度快；厚度均匀性较差；成本比RPD低	2000
金属电极层	电导率高	RPD	/	离子能量低，对电池损伤小；靶材利用率低，成本较高；量产难度较大	2600

数据来源：观研天下整理

2、钙钛矿电池行业支持政策持续落地

钙钛矿电池是具有高转换效率的清洁能源，符合我国碳达峰、碳中和的绿色发展要求。自2016年国务院发布的《“十三五”国家科技创新》中涉及钙钛矿太阳能电池相关政策后，国家层面其他能源、科技类部门相继出台相关政策，推动钙钛矿电池产业化发展。例如，2023年3月，中国光伏行业协会标准化技术委员会钙钛矿光伏标准专题组成立，加快了钙钛矿电池标准体系梳理和完善。

我国钙钛矿电池行业政策

时间	发表部门	发表文件	内容摘要
2022.06	国家发改委、国家能源局等多部门	《“十四五”可再生能源发展规划》	开展光伏发电户外实证示范，掌握钙钛矿等新一代高效低成本光伏电池制备及产业化生产技术，突破适用于可再生能源灵活制氢的电解水制氢设备关键技术，研发储备钠离子电池、液态金属电池、固态锂离子电池、金属空气电池、锂硫电池等高能量密度储能技术。
2022.08	工信部、财政部、商务部等	《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》	太阳能装备：推动TOPCon、HJT、IBC等晶体硅太阳能电池技术和钙钛矿、叠层电池组件技术产业化，开展新型高效低成本光伏电池技术研究和应用，开展智能光伏试点示范和行业应用。
2022.10	国家发改委、国家能源局	《关于促进光伏产业链健康发展有关事项的通知》	落实相关规划部署，突破高效晶体硅电池、高效钙钛矿电池等低成本产业化技术，推动光伏发电降本增效，促进高质量发展。推动高效环保型及耐候性光伏功能材料技术研发应用，提高光伏组件寿命。
2023.01	工信部等	《关于推动能源电子产业发展的指导意见》	加快智能光伏创新突破，发展高纯硅料、大尺寸硅片技术，支持高效低成本晶硅电池生产，推动N型高效电池、柔性薄膜电池、钙钛矿及叠层电池等先进技术的研发应用，提升规模化量产能力。统筹开发钙钛矿电池（含钙钛矿/晶硅叠层电池）、非晶硅/微晶硅/多晶硅薄膜电池、化合物薄膜电池等高效薄膜电池技术。
2023.03	中国光伏行业协会标准化技术委员会	中国光伏行业协会标准化技术委员会钙钛矿光伏标准专题组成立	中国光伏行业协会副秘书长江华在致辞中强调了从标准层面来引导和促进钙钛矿技术和产业发展的重要意义。他希望工作组成立后，能加快钙钛矿电池标准体系梳理和完善，并在此基础上快速有序、科学合理地开展相关标准制修订工作，为我国钙钛矿电池产业发展提供坚实的标准支撑。
2023.09	国家能源局	《关于组织开展可再生能源发展试点示范的通知》	新型高效光伏电池技术示范。主要支持高效光伏电池、钙钛矿及叠层太阳能电池、新型柔性太阳能电池及组件等新型、先进、高效光伏电池技术应用，以规模化促进前沿技术和装备进入应用市场，持续推进光伏发电技术进步、产业升级。单个示范项目装机规模不宜小于5万千瓦。

资料来源：观研天下整理

3、我国钙钛矿电池行业降本增效优势明显

我国钙钛矿电池工艺优势较大（钙钛矿工艺流程简单、能耗低），成本优势明显（设备投资降本空间大、原料成本低），行业降本增效优势明显。

我国钙钛矿电池行业工艺、成本优势简介

优势	简介
工艺优势	钙钛矿工艺流程简单：目前的晶硅组件工艺流程复杂，需要在硅料、硅片、电池、组件四个以上不同工厂生产，需要消耗大概3天时间，而钙钛矿组件在一个工厂就可完成生产，整个工艺流程只需要大约45分钟
工艺优势	能耗低：相较于晶硅生产过程中近千摄氏度的高温要求，钙钛矿由于原料纯度要求及较低（98%以上），最高生产温度仅需150°C，因此生产能耗远低于晶硅
成本优势	设备投资降本空间大：晶硅太阳能组件的硅料、硅片、电池、组件四个生产环节全部加起来，需要大约9亿-12亿元的投资规模，目前钙钛矿百MW产线投资额在1.3亿左右，简单加总1GW投资额约为13亿元，与晶硅电池GW产线投资额相当。根据业内预测，随着未来规模化优势不断凸显，钙钛矿电池GW级产线投资额有望降至5亿元，为晶硅组件设备投资额的1/2
成本优势	原料成本低：钙钛矿原料常见、不含贵金属且用量少，以50万吨硅料产量计算，仅需1000吨钙钛矿材料产量即可满足替换需求

资料来源：观研天下整理

4、大面积电池的稳定性和效率仍需进一步突破

不过，我国钙钛矿电池商业化主要面临三方面挑战：稳定性、大尺寸效率和规模化生产。

稳定性不足：影响钙钛矿电池稳定性的因素主要可分为两类：外部因素和内部因素。其中，外部因素是指钙钛矿组件暴露在环境中时，水分、氧气、温度等因素都会损伤组件缩减使用寿命，例如水分和氧气可扩散到钙钛矿层材料使其氧化分解；内部因素则是指即使组件得到很好保护，也有可能由于钙钛矿材料自身离子的迁移和分解而使组件性能下降。

大尺寸效率下降：随着尺寸增大，钙钛矿电池光电转化效率下降较大。目前，实验室制造的小尺寸（≤1CM2）钙钛矿电池光电转化效率已经达到26%左右，但大面积尺寸电池的光电转化效率低于20%。

规模化生产有难度：协鑫和极电有GW级产线建设，预计最早2024年下半年有GW级产线落地。

我国钙钛矿产业化进展

公司名称	时间	产业化进展
协鑫光电	2015	惟华光能建成钙钛矿光伏组件中试线
	2016	协鑫集团收购惟华光能，并成立苏州协鑫纳米科技有限公司
	2017	建成10MW中试线
	2020	成立昆山协鑫光电有限公司。有协鑫纳米控股，开始筹建100MW生产线
	2021	完成100MW生产线建设并开始试生产
	2023	GW级钙钛矿产线奠基
	2024E-2025E	GW级产线建成
纤纳光电	2015	公司成立
	2018	开始建设20MW中试线
	2020	20MW中试线建成
	2021	100MW中试线建成
	2022	100MW产线实现量产
	2023	全球首个钙钛矿分布式电站并网
极电光能	2018	开始从事钙钛矿技术研发
	2021	开始建设150MW中试线
	2022	150MW中试线投产，756cm2组件效率达到18.2%
	2023	810.1cm²大尺寸钙钛矿组件稳态效率达到19.5%
	2024E	预计GW级产线投产
仁烁光能	2021	公司成立
	2022	10MW全钙钛矿叠层研发线建成
	2023	10MW全球首条钙钛矿叠层光伏组件研发线正式投产，预计150MW产线投产
	2024E	预计150MW产线实现量产
万度光能	2016	公司成立
	2022	200MW可印刷观钙钛矿光伏组件产线开始建设
	2023	第二条200MW产线开始建设
无限光能	2022	公司成立，年底建成10MW中试线
	2023	预计年底建成100MW中试线
	2024E	中试线实现量产
光晶能源	2022	公司成立
	2023	完成1.6亿A轮融资，计划开始100MW中试线建设
	2024E	实现产能爬坡，开展试点示范
	2025E	中试线实现量产

资料来源：观研天下整理

5、光伏电池已历经三次迭代，钙钛矿电池为第三代的代表

目前，光伏电池已历经三次迭代，钙钛矿电池为第三代的代表。第三代太阳能电池致力于通过采用新型材料以实现更高效率、更低成本的目标，主要指包含染料敏化电池（DSSCs）、有机光伏（OPV）、量子点太阳能电池（QDSCs）和钙钛矿电池（PSCs）等新型太阳能电池。与晶硅电池相比，钙钛矿电池产业链较短并具有“一体化”的特点，这大大缩短了产品生产交付周期，同时降低了综合成本。近年来，钙钛矿电池行业发展迅猛，市场关注度日益提升，并且有望成为太阳能电池的终极技术。根据数据显示，2023年，我国光伏新增装机容量达到216.88GW，同比增长148%，创下历史新高。

数据来源：观研天下整理

光伏电池技术迭代

<strong>光伏电池技术迭代</strong>

资料来源：观研天下整理

6、光伏建筑一体化（BIPV）打开钙钛矿电池增量市场

同时，光伏建筑一体化即将太阳能发电方阵安装在建筑的围护结构外表面从而提供电力，实现光伏发电和建筑的有机结合，具有安全性、安装便捷性、美观度优势。目前，我国已出台相关政策推动BIPV市场发展，2022年6月30日发改委和住建部发布《城乡建设领域碳达峰实施方案》，到2025年新建公共机构建筑、新建厂房屋顶光伏覆盖率要力争达到50%。根据中国建筑科学研究院测算，截至2020年我国存量建筑面积可安装光伏电池400GW，每年竣工建筑面积可安装光伏电池40GW。基于对BIPV渗透率的假设，经测算，我们预计2025年我国BIPV新增装机量有望超过50GW。

而钙钛矿电池性能优异，或是BIPV的最优选择。与常规光伏电池相比，钙钛矿电池具备成本低廉、发光效率高等优点，其独特的半透明性、柔软性及可改变颜色适用于BIPV领域，不仅能满足光伏发电需求，也可满足建筑美学要求。

需要值得注意的是，目前钙钛矿行业虽中试线众多，但多侧重研发，真实产能不足，无法承接即将爆发的BIPV需求。

我国钙钛矿产业化进展

公司	产能	扩产计划
协鑫光电	拥有100MW中试线，当前处于工艺开发和效率爬坡阶段，2024年3月，2平米组件效率突破19%。	钙钛矿GW级生产基地顺利奠基,有望在2024-2025年建成投产
极电光能	拥有150MW钙钛矿光伏组件生产线。2023年12月，0.72平米组件效率突破18%。	GW级产线2023年4月正式开工建设。2024年4月首套设备将进场，2024年3季度将实现首片下线，2024年年底将投入生产
纤纳光电	拥有100MW中试线，2023年11月公司11200片α组件并网内蒙古鄂尔多斯地面电站	计划在3-5年内投产约5GW的钙钛矿电池产能，其中一期1GW可能在2024年下半年建成。
宁德时代	拥有100MW中试线，处于效率爬坡阶段	技术突破后有望快速扩产
仁烁光能	拥有150MW钙钛矿光伏组件生产线。	计划在未来五年内建设数条GW级别的钙钛矿电池组件生产线。
光晶能源	拥有30cm×30cm组件的10MW小试线	计划2023年下半年开始建设100MW的中试线，预计2024年完成中试线的爬坡和试点示范项目，2025年实现量产。
脉络能源	拥有30cm×30cm组件的10MW小试线	计划2024年7月开工建设100MW大面积钙钛矿光伏组件产线