鈣鈦礦電池行業(yè)市場分析

鈣鈦礦電池行業(yè)市場分析1.投資觀點鈣鈦礦電池較晶硅電池在降本增效方面更具想象力，短期看兩者共存，伴隨頭部企業(yè)陸續(xù)進入量產(chǎn)期，長期看有望實現(xiàn)對晶硅電池的替代。鈣鈦礦電池可突破晶硅電池效率極限（29.43%），單節(jié)、雙節(jié)和三節(jié)鈣鈦礦電池的理論轉(zhuǎn)換率上限分別達到31%、35%和45%；鈣鈦礦電池綜合成本有望降至0.5-0.6元/W，是晶硅極限成本的50%。雖然鈣鈦礦電池商業(yè)潛力大且發(fā)展迅速，但產(chǎn)業(yè)化前夜仍面臨大尺寸與高效率沖突、壽命較短、原料毒性和制備工藝不成熟的問題。我們認為短期鈣鈦礦電池通過擁抱晶硅電池在提升效率的同時繞開大面積制備的難題，表現(xiàn)形式為晶硅/鈣鈦礦疊層電池對現(xiàn)有晶硅電池體系的補充；而隨著技術(shù)和資本推動，頭部企業(yè)陸續(xù)進入量產(chǎn)驗證期，整體節(jié)奏先是提升量產(chǎn)效率后是加速GW產(chǎn)線的建設(shè)，單節(jié)鈣鈦礦電池經(jīng)量產(chǎn)驗證后長期將會是對晶硅電池的加速替代。目前鈣鈦礦電池工藝路線多樣但核心設(shè)備確定，產(chǎn)能供給的放量以及應(yīng)用需求的催生將為設(shè)備投資帶來廣闊增量?，F(xiàn)階段鈣鈦礦電池制備中涂布濕法和蒸鍍干法共存，鈣鈦礦層主流為涂布濕法，真空鍍膜在其他各層通用，而激光工藝貫穿整個環(huán)節(jié)。鈣鈦礦電池的制備流程是對傳統(tǒng)晶硅電池的顛覆，我們認為鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化對設(shè)備增量的體現(xiàn)在涂布濕法帶來的涂布機新增需求、真空蒸鍍法通用性帶來的蒸鍍設(shè)備投資占比提升以及激光工藝精度提升帶來的現(xiàn)有激光設(shè)備升級。根據(jù)我們對供需端的分析，需求端BIPV是應(yīng)用首選，VIPV前景可期，與晶硅電池相比將形成差異化競爭，我們測算至2026年合計有69.1GW的新增潛在市場需求；供給端我們預(yù)計2024年有望出現(xiàn)首條GW級別產(chǎn)線，至2026年行業(yè)合計產(chǎn)能將達到24.4GW，為設(shè)備廠商帶來廣闊增量，對應(yīng)2026年122億元的總設(shè)備市場空間和52億元新增設(shè)備空間。催化劑：2023年各鈣鈦礦廠商百MW產(chǎn)線陸續(xù)投產(chǎn)，我們預(yù)計本年鈣鈦礦合計產(chǎn)能將達到1.2GW，并有望出現(xiàn)GW級別產(chǎn)線的設(shè)備招標，我們認為GW產(chǎn)線設(shè)備選型將會進一步確定產(chǎn)業(yè)化后的工藝及技術(shù)路線，是判斷設(shè)備供應(yīng)商技術(shù)水平及量產(chǎn)供應(yīng)能力的良機。2.鈣鈦礦電池高效率+低成本，商業(yè)潛力大在光伏產(chǎn)業(yè)鏈“降本增效”的驅(qū)使下，鈣鈦礦電池作為第三代太陽能電池應(yīng)運而生。本節(jié)將從“增效”和“降本”兩條主線說明鈣鈦礦電池的商業(yè)潛力。1）增效：單節(jié)、雙節(jié)和三節(jié)鈣鈦礦電池的理論轉(zhuǎn)換率上限分別達到31%、35%和45%，突破晶硅電池29.43%的上限。2）降本：一方面從拆分鈣鈦礦電池成本發(fā)現(xiàn)綜合成本有望降至0.5-0.6元/W，是晶硅極限成本的50%；另一方面，鈣鈦礦電池效率的提升可以提高內(nèi)部收益率，鈣鈦礦效率達22%（對應(yīng)組件成本0.545元/W）時，光伏電站的25年資本金內(nèi)部收益率達18.39%，而效率15%的鈣鈦礦內(nèi)部收益率僅9.33%，效率20%的單晶硅內(nèi)部收益率僅8.21%?？紤]到現(xiàn)階段大尺寸與高效率沖突+壽命較短+原料毒性+制備工藝不成熟的產(chǎn)業(yè)化難點，我們認為短期鈣鈦礦電池通過擁抱晶硅電池在提升效率的同時繞開大面積制備的難題，表現(xiàn)形式為晶硅/鈣鈦礦疊層電池對現(xiàn)有晶硅電池體系的補充。2.1.光伏電池歷經(jīng)三代，“降本增效”是核心驅(qū)動力“降本增效”是光伏產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的核心驅(qū)動力。進入2023年，TOPCon和HJT電池產(chǎn)能規(guī)劃加速擴產(chǎn)，銀包銅和電鍍銅等技術(shù)助力HJT電池去銀降本，我們看到技術(shù)的進步不斷刷新實驗室效率、也看到效率提升速度的放緩、以及晶硅電池作為第一代光伏電池距離效率的極限越來越近；但我們還看到鈣鈦礦電池作為第三代光伏電池發(fā)展速度十分迅猛，鈣鈦礦電池從2009年實驗室3.8%效率提升至2022年的25.7%用時僅13年，對比晶硅電池從13.9%發(fā)展至26.7%用時約30年，隨后時隔5年隆基才將效率提升至26.81%（2022年11月），鈣鈦礦電池發(fā)展速度之快被Science評選為2013年十大科學(xué)突破之一，這背后是更高的效率上限、更低的潛在制造成本和更具想象力的應(yīng)用空間。從三代電池的發(fā)展，看光伏行業(yè)“降本增效”的推進：第一代晶硅電池：太陽能電池的先驅(qū)，現(xiàn)已十分成熟，占據(jù)95%以上的市場。晶硅太陽能電池主要分為：單晶硅、多晶硅和非晶硅電池。目前，晶硅太陽能電池的實驗室效率已經(jīng)超過了26%，并經(jīng)過多年的發(fā)展最早實現(xiàn)商業(yè)化。如今，晶硅電池在市場上擁有絕對份額與地位，根據(jù)PVinfolink，2021年晶硅電池占比超過95%，該占比預(yù)計仍能維持3~5年。雖然，晶硅電池技術(shù)成熟+商業(yè)化成功，但是硅電池仍然存在很多問題，比如硅基太陽能電池的制備工藝復(fù)雜，高效率往往依賴高純度的硅材料，而高純度的硅材料價格昂貴，容易受到產(chǎn)能供給的影響；而且，晶硅太陽能電池封裝工藝繁復(fù)，封裝后的晶硅太陽能電池更加笨重。盡管晶硅太陽能電池技術(shù)已經(jīng)如此成熟，但是在日常生活中仍然沒有大規(guī)模應(yīng)用。第二代薄膜電池：效率上限更高，但稀有元素的存在，使投資額昂貴造成產(chǎn)業(yè)化受限。銅銦鎵硒太陽能電池，碲化鎘薄膜太陽能電池，砷化鎵太陽能電池，磷化銦太陽能電池是第二代太陽能電池的杰出代表。與晶硅太陽能電池相比這類電池不僅成本低，質(zhì)量輕而且轉(zhuǎn)換效率高，商業(yè)化潛力巨大。但是由于這類電池的活性層含有部分稀有元素和重金屬元素，不僅價格昂貴而且很難實現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用，外加這類電池一般采用熱蒸發(fā)的方式制備，設(shè)備的成本高，上述原因限制了薄膜電池的大面積制備和商業(yè)化。第三類新型電池：優(yōu)勢突出+應(yīng)用空間想象力大，但產(chǎn)業(yè)化還需時日。新型電池主要包括：鈣鈦礦太陽能電池，染料敏化太陽能電池，有機太陽能電池，量子點太陽能電池，這類太陽能電池原料無毒且儲量豐富，成本低，工藝簡單且可柔性制備，但這類太陽能電池目前還在實驗室探索過程中，尚未商業(yè)化。目前，鈣鈦礦電池憑借高效率+低成本等優(yōu)勢，以及廣闊的潛在應(yīng)用空間，備受學(xué)者和資本的關(guān)注，未來有望接棒晶硅電池成為市場的主流。2.2.鈣鈦礦電池具備更高的效率極限“鈣鈦礦”既無“鈣”、也不含“鈦”、更不是“礦”，但種類復(fù)雜。鈣鈦礦最早是在1839年被俄羅斯科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，因存在于鈣鈦礦石中的鈦酸鈣（CaTiO3）化合物而得名，但如今廣義鈣鈦礦是指具有ABX3型化學(xué)組成的化合物。其中A是大半徑的陽離子（A=Pb+,Na+,Sn+,Ca2+等），B是小半徑的陽離子（B=Ti4+,Mn4+,Fe3+,Ta5+等），X為陰離子（X=F-,Cl-,Br-,O2-等）。A位一般是有機陽離子，如甲銨離子，甲脒離子，占據(jù)了正方體的八個定點；B位一般是是二價金屬例子，處于正方體的體心；X是鹵素離子，占據(jù)面心，上述三者構(gòu)成了近似立方體的晶體，這種有機-無機雜化的方式結(jié)合了有機材料和無機材料各自的性能優(yōu)勢。最常用的純碘的鈣鈦礦材料（MAPbI3），帶隙約為1.55eV，對應(yīng)的吸收帶邊為800nm，可以吸收整個可見光譜內(nèi)的光子且吸收系數(shù)高。另外，有機基團的存在使得材料能有溶于常見的有機溶劑，性質(zhì)可以通過改變有機離子的尺寸而調(diào)節(jié)，故有機-無機鈣鈦礦這種材料非常適合作為太陽能電池的吸光層。與晶硅PN結(jié)發(fā)電結(jié)構(gòu)不同的是，鈣鈦礦電池是典型的三明治結(jié)構(gòu)，即n-i-p或p-i-n結(jié)構(gòu)，區(qū)別在于P型材料和N型材料中間多一層本征半導(dǎo)體i層（鈣鈦礦層）。典型鈣鈦礦太陽電池共有5層，以n-i-p結(jié)構(gòu)為例，下往上依次是：透明導(dǎo)電玻璃ITO、n型電子傳輸層ETL、本征鈣鈦礦吸收層、p型空穴傳輸層HTL、金屬電極。透明導(dǎo)電玻璃：接收電子傳輸至外電路形成陽極，要求其方塊電阻越小要好，通過率要在85%以上，既要保證有效收集載流子，又要保證充分的采光；電子傳輸層：接收鈣鈦礦層傳輸?shù)碾娮硬鬏斨翆?dǎo)電玻璃層，要求其具有較高的電子遷移率，且導(dǎo)帶最小值低于鈣鈦礦材料的導(dǎo)帶最小值；鈣鈦礦吸收層：捕獲光子并產(chǎn)生電子和空穴，是鈣鈦礦太陽電池的核心，具有高效的光吸收性能（吸收系數(shù)約為105）、良好的雙極性電荷遷移率以及較低的激子結(jié)合能（約20meV）；空穴傳輸層：接受鈣鈦礦層傳輸?shù)目昭ú鬏斨两饘匐姌O；金屬電極：接受空穴傳輸至外電路形成陰極，由于空穴傳輸材料的限制，目前金屬電極所用材料為金和鉑，相比傳統(tǒng)太陽能電池電極材料（鋁、銀、石墨等）要昂貴許多?；谙嗤陌l(fā)電原理，鈣鈦礦電池可以分為介孔結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)。鈣鈦礦太陽能器件各方面性能很大程度依賴于器件的結(jié)構(gòu)，最早的鈣鈦礦電池（2009年）就是采用介孔式結(jié)構(gòu)，將含碘電解液作為空穴傳輸層，但液態(tài)材料的使用存在著很多弊端。在介孔結(jié)構(gòu)中，器件的遲滯現(xiàn)象比較嚴重，即正向（從負電壓到正電壓）和反向（從正電壓到負電壓）掃描的電流密度-電壓曲線出現(xiàn)不完全重合的現(xiàn)象，這不僅影響了測試的準確性，也嚴重降低了鈣鈦礦太陽能電池的實際性能。此外，介孔材料還可能存在漏電、以及高溫?zé)Y(jié)造成能耗高的問題，不利于產(chǎn)業(yè)化和柔性器件的制備。平面結(jié)構(gòu)又可以分為正式（n-i-p）和反式（p-i-n），其中反式更適用于產(chǎn)業(yè)化。相比于正式器件，反式結(jié)構(gòu)器件具有多種優(yōu)點，例如制備工藝更加簡單、無明顯遲滯效應(yīng)、適合與傳統(tǒng)太陽能電池（硅基電池、CIGS等）結(jié)合制備疊層器件等；另外，反式結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)低溫制備，可應(yīng)用于卷對卷生產(chǎn)工藝，不僅能降低成本還能實現(xiàn)大面積制備生產(chǎn)，為鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化和大規(guī)模生產(chǎn)提供了可能。但是，反式結(jié)構(gòu)器件也存在一些顯著的不足，例如開路電壓（Voc）與理論值差距較大，通常為1.10V（類似帶隙的正式鈣鈦礦電池開路電壓大于1.20V），導(dǎo)致反式結(jié)構(gòu)光電轉(zhuǎn)換效率相對偏低，主要系器件的鈣鈦礦活性層中以及鈣鈦礦活性層與電荷收集層界面存在大量缺陷，造成了光生載流子的非輻射復(fù)合，致使能量損失嚴重，限制了開路電壓和光電轉(zhuǎn)換效率的提高。目前，在產(chǎn)業(yè)化布局方面，萬度光能采用的是介孔結(jié)構(gòu)路線，協(xié)鑫光電、極電光能和眾能光電等廠商多采用平面結(jié)構(gòu)路線。鈣鈦礦電池較晶硅電池效率上限更高的原因是鈣鈦礦材料帶隙更大且可供調(diào)節(jié)。根據(jù)Shockley-Queisser提出的詳細平衡理論，單結(jié)太陽能電池的理論光電轉(zhuǎn)化效率最高大33.7%，對應(yīng)吸光材料禁帶寬度在1.34eV，通常認為吸光材料的最優(yōu)帶隙為1.3-1.5eV。1）鈣鈦礦材料帶隙更大：目前最常用的鈣鈦礦材料MAPbI3和FAPbI3的禁帶寬度位于1.5-1.6eV，接近最優(yōu)帶隙，其理論最大光電轉(zhuǎn)換效率均處于30%以上，相比之下硅的帶隙為1.12eV，無法突破30%的轉(zhuǎn)換效率。2）鈣鈦礦材料帶隙可調(diào)：方法一是調(diào)節(jié)A位陽離子的半徑，半徑越大鈣鈦礦帶隙越小，例如，對于半徑從小到大的Cs、MA和FA例子來說，對應(yīng)得到的CsPbI3、MAPbI3和FAPbI3鈣鈦礦帶隙依次減?。环椒ǘ钦{(diào)節(jié)B位鹵素占比，通常采用Sn來替代Pb作為B位，隨著Sn含量的增加鈣鈦礦帶隙將會減小。通常鈣鈦礦薄膜材料的禁帶寬度在1.48-2.3eV。鈣鈦礦+晶硅疊層結(jié)構(gòu)，可提高鈣鈦礦轉(zhuǎn)換效率理論上限。鈣鈦礦太陽能電池能更有效地利用高能量的紫外和藍綠可見光，而晶硅電池可以有效地利用鈣鈦礦材料無法吸收的紅外光。因此，通過鈣鈦礦電池與晶硅電池這種“1+1”疊層的方式組合，可以突破傳統(tǒng)晶硅電池理論效率極限，進一步提升太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，比如，晶硅/鈣鈦礦雙節(jié)疊層理論效率達35%，鈣鈦礦三節(jié)層電池理論效率達45%。2.3.鈣鈦礦電池的成本低于晶硅電池本節(jié)我們從兩個維度來分析鈣鈦礦電池是如何實現(xiàn)降本的：1）成本拆解：相比于晶硅，鈣鈦礦電池在能耗、生產(chǎn)周期、設(shè)備投資額和物料用量上均有明顯優(yōu)勢，從而直接/間接影響組件成本中的能源動力、人工、折舊和鈣鈦礦，綜合成本有望降至0.5~0.6元/W，是晶硅極限成本的50%。2）效率提升：在生產(chǎn)成本一定的條件下，效率的提升可使終端度電成本降低，對應(yīng)資本金內(nèi)部收益率的提升，當(dāng)鈣鈦礦降至生產(chǎn)成本120元/m2、轉(zhuǎn)化效率達22%（對應(yīng)組件成本0.545元/W）時，光伏電站的25年資本金內(nèi)部收益率達18.39%，約是采用單晶硅組件時（8.21%）的3倍。成本組成1（能源動力）：鈣鈦礦材料純度要求低，能耗僅需晶硅的十分之一。太陽能級的硅料，純度要求達到99.9999%（6個9），現(xiàn)在更嚴格的標準甚至提升至99.99999%（7個9）；但對于鈣鈦礦材料而言，僅需95%（1個9）即可滿足使用需求，從而大大降低能耗需求。單W單晶組件制造的能耗大約在1.52kWh，而鈣鈦礦組件能耗僅為0.12kWh，就能耗而言鈣鈦礦單W能耗不到晶硅能耗的1/10。成本組成2（人工）：產(chǎn)業(yè)鏈大幅縮短，生產(chǎn)周期僅需45min。對于晶硅來說，硅料、硅片、電池、組件需要四個以上不同工廠生產(chǎn)加工，倘若所有環(huán)節(jié)無縫對接，一片組件完工大概也要3天左右時間；而以協(xié)鑫光電100MW產(chǎn)線為例，從玻璃、膠膜、靶材、化工原料進入，到組件成型，總共只需45分鐘，產(chǎn)業(yè)鏈的縮短讓生產(chǎn)周期大幅下降。成本組成3（折舊）：鈣鈦礦的產(chǎn)能投資僅為晶硅的1/2左右。對于晶硅來說，硅料、硅片、電池、組件需要四個以上不同工廠生產(chǎn)加工，倘若所有環(huán)節(jié)無縫以1GW產(chǎn)能投資來對比，晶硅的硅料、硅片、電池、組件全部加起來，需要大約9.6億、接近10億元的投資規(guī)模，而鈣鈦礦1GW的產(chǎn)能投資，在達到一定成熟度后，約為5億元左右，是晶硅的1/2。成本組成4（鈣鈦礦）：鈣鈦礦料耗低，鈣鈦礦材料僅占組件成本的5%。1）從鈣鈦礦用料來看，由于鈣鈦礦電池本身光吸收能力較強，對應(yīng)材料使用量比較低，鈣鈦礦層厚度僅為0.3μm，而晶硅電池中硅片厚度在180μm，兩者相差600倍。2021年全球硅料供應(yīng)量約64萬噸，若將這64萬噸硅料完全替換成鈣鈦礦，僅需不超過1100噸的鈣鈦礦材料就可以實現(xiàn)，且鈣鈦礦材料比較常見，不容易出現(xiàn)原材料短缺問題。2）從鈣鈦礦電池用料占比來看，根據(jù)協(xié)鑫光電，鈣鈦礦材料僅占組件成本的5%，占比最大是電極材料（靶材），達到37%，靶材、玻璃及其他封裝耗材合計占比達69%，鈣鈦礦組件未來仍有較大的降本空間。成本一定時，效率的提升可使終端度電成本降低，對應(yīng)資本金內(nèi)部收益率的提升。根據(jù)上官炫爍等《鈣鈦礦光伏組件在集中式光伏電站中的應(yīng)用前景分析》中對光伏電站的經(jīng)濟性測算，采用單晶硅光伏組件時，光伏電站的單位建設(shè)成本約為3.33元/W；采用鈣鈦礦光伏組件時，光伏電站的單位建設(shè)成本約為3.12元/W，對應(yīng)單晶硅和鈣鈦礦組件5年的資本金內(nèi)部收益率為8.21%和9.33%。預(yù)測假設(shè)：1）以位于貴州省關(guān)嶺布依族苗族自治縣的某集中式光伏電站為例，光伏電站所在地的全年總太陽輻照量取4263.1MJ/m2；2）假定該光伏電站以系統(tǒng)效率為84%，上網(wǎng)電價為0.3515元/kWh，光伏組件首年功率衰減為2.5%、之后每年衰減0.7%作為邊界條件；3）單晶硅組件光電轉(zhuǎn)換效取20.5%，鈣鈦礦組件效率取15%。根據(jù)上文，鈣鈦礦綜合成本有望降至0.5~0.6元/W，則當(dāng)鈣鈦礦降至生產(chǎn)成本120元/m2、轉(zhuǎn)化效率達22%（對應(yīng)組件成本0.545元/W）時，光伏電站的25年資本金內(nèi)部收益率達18.39%，約是采用現(xiàn)階段單晶硅組件時（8.21%）的3倍，有望在未來逐步完成對晶硅光伏組件的替代，降低光伏發(fā)電的度電成本。雜質(zhì)容忍程度高+溫度系數(shù)低是鈣鈦礦潛在優(yōu)勢，體現(xiàn)在功率衰減程度上。1）鈣鈦礦對雜質(zhì)容忍程度更高使得效率衰減程度小，晶硅電池的光衰主要來自硼氧對，造成晶硅組件的輸出功率在剛開始使用的最初的幾天內(nèi)就會發(fā)生1%~2.5%的效率下降，在使用25年后約衰減至初始效率的80%；而鈣鈦礦在穩(wěn)定性方面潛力很大（可容忍1%的雜質(zhì)），在2016年已有實驗證實巴掌大的鈣鈦礦組件連續(xù)工作12000個小時后沒有任何衰減。2）鈣鈦礦溫度系數(shù)更低使得效率不易波動，晶硅組件溫度系數(shù)約-0.3%/℃，而鈣鈦礦的溫度系數(shù)為-0.001%/℃，非常接近于0，我們?nèi)⊥蹰_濟等《海南頂部半開口式大型薄膜溫室環(huán)境參數(shù)研究》中海南夏季室外的溫度數(shù)據(jù)作為參考，假定常溫25℃下晶硅和鈣鈦礦組件效率分為別20%和16%，在一天中晶硅組件效率的下降達3.7%，相比之下鈣鈦礦組件效率基本沒有變化。值得一提的是，在上文資本金內(nèi)部收益率測算方面，我們并沒有考慮鈣鈦礦和晶硅在組件效率衰減方面的差異，若加以考慮，鈣鈦礦在度電成本降低方面將更具潛力。2.4.產(chǎn)業(yè)化難點：大尺寸與高效率沖突+壽命較短+原料毒性+制備工藝不成熟鈣鈦礦電池在邁向產(chǎn)業(yè)化前，仍有不得不面對并且解決的難題，但我們也看到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都在積極提出解決方案以應(yīng)對現(xiàn)階段鈣鈦礦電池存在的劣勢，加速產(chǎn)業(yè)化的進程。難點1：高效率的鈣鈦礦電池還停留在實驗室的小尺寸，但工業(yè)界需要大尺寸高效率。目前，轉(zhuǎn)換效率較高的鈣鈦礦電池其尺寸均為實驗室級別，目前25.7%最高效率的鈣鈦礦電池面積僅為0.1cm2，隨著尺寸的增加效率會快速下降，遠未達到商業(yè)化尺寸。目前單結(jié)鈣鈦礦電池最高轉(zhuǎn)化效率在25.7%，距離31%的理論極限還有很大提升空間，而工業(yè)界量產(chǎn)的大尺寸鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)化效率在16%左右，與學(xué)術(shù)界有10%的效率差距，根據(jù)協(xié)鑫2025年22%的效率目標，我們認為伴隨制備工藝的逐步成熟高效率和大尺寸之間的矛盾沖突會進一步改善。難點2：受外部因素影響穩(wěn)定性較低造成壽命短。鈣鈦礦作為一種離子晶體材料，材料和結(jié)構(gòu)選擇不同可能存在不耐高溫、不耐光照、易水解、易氧化、易發(fā)生二次反應(yīng)等缺陷。目前光伏電站晶硅電池一般要求T80壽命（效率下降到初始值的80%）在25年左右，而目前鈣鈦礦電池T80壽命約4000小時，雖然離主流技術(shù)相差較遠，但在學(xué)術(shù)界已有所突破，比如根據(jù)普林斯頓大學(xué)一團隊的研究結(jié)果表明，將無機材料使用在各個功能層從而極大地提高了PSC的壽命，并預(yù)測在35℃條件下連續(xù)運行的壽命為5年以上。難點3：鈣鈦礦材料可能“鉛泄露”污染土壤?，F(xiàn)階段，工業(yè)化生產(chǎn)希望最大、性能最好的鈣鈦礦材料是鉛鹵鈣鈦礦，其應(yīng)用的重點并非在于到底是含多少鉛，更多的需要避免生產(chǎn)過程以及使用過程中的“鉛泄露”。目前針對該問題的解決思路分為開發(fā)不含鉛的鈣鈦礦電池和用新材料來吸收鉛這兩大思路，以浦項大學(xué)POSTECH研究小組德研究成果為例，其開發(fā)了一種空穴傳輸聚合物Alkoxy-PTEG，可以溶解在薄荷油中，該聚合物能捕獲老化的鈣鈦礦太陽能電池中的泄漏鉛。難點4：大面積的制備工藝不成熟。鈣鈦礦材料本身的結(jié)晶時間短，生產(chǎn)中的工藝窗口時間只有幾秒，造成了生產(chǎn)上的困難。雖然目前鈣鈦礦層以涂布溶液法為主，但涂布法也面臨難以控制厚度等問題；而蒸鍍法雖然成膜均一且良率高，但也存在蒸發(fā)速率低、材料利用率低等問題。目前各種方案的組合仍在嘗試中，如南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院譚海仁教授課題組和英國牛津大學(xué)學(xué)者運用涂布印刷、真空沉積等技術(shù)，在國際上首次實現(xiàn)了大面積全鈣鈦礦疊層光伏組件的制備，開辟了大面積鈣鈦礦疊層電池的量產(chǎn)化、商業(yè)化的全新路徑。3.技術(shù)與資本推動，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化進程加速鈣鈦礦作為光伏行業(yè)的熱點題材，受到學(xué)者+資本的廣泛關(guān)注，現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)化初期主要由技術(shù)和資本推動：1）技術(shù)領(lǐng)先，學(xué)者走出實驗室。國內(nèi)鈣鈦礦電池代表研究學(xué)者有南京大學(xué)譚海仁團隊、清華大學(xué)易陳誼團隊、華中科技大學(xué)韓宏偉團隊和武漢理工大學(xué)黃福志團隊等，紛紛陸續(xù)創(chuàng)業(yè)，對應(yīng)仁爍光能、無限光能、萬度光能和光晶能源等。2）資本加持，中試邁向量產(chǎn)。目前明確布局鈣鈦礦電池的廠家已有十余家，其中協(xié)鑫光電、纖納光電和極電光能領(lǐng)跑，眾能光電和仁爍光能等各廠商追逐，行業(yè)整體節(jié)奏有望從2023年中試線的陸續(xù)達產(chǎn)邁向2024年GW級別產(chǎn)線的建設(shè)。我們認為行業(yè)整體節(jié)奏先是提升量產(chǎn)效率后是加速GW產(chǎn)線的建設(shè)，單節(jié)鈣鈦礦電池經(jīng)量產(chǎn)驗證后長期將會是對晶硅電池的加速替代，因此鈣鈦礦電池商業(yè)邏輯還需要兩方面確認，一方面是關(guān)注2023年各家廠商大面積鈣鈦礦電池的效率情況，另一方面是關(guān)注2024年GW級產(chǎn)線實際的產(chǎn)能情況對應(yīng)做出的成本。3.1.技術(shù)領(lǐng)先，學(xué)者走出實驗室論文+專利先行，國內(nèi)鈣鈦礦研究保持高熱度。1）國內(nèi)論文占據(jù)全球半壁江山，根據(jù)我們在WebofScience上用“perovskitesolarcells”主題的檢索統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，自2019年起全球每年超過4000篇論文成果問世，國內(nèi)學(xué)者論文占比超過50%，關(guān)注度可追溯到鈣鈦礦技術(shù)誕生之初。2）國內(nèi)專利申請熱情遠高于其他國家，主要得益于政策引導(dǎo)+財政補貼；近年來，一方面與太陽能技術(shù)有關(guān)的研發(fā)部署項目（863計劃、973計劃、國家自然科學(xué)基金和重點研發(fā)計劃）很大程度上引導(dǎo)和激發(fā)了科研機構(gòu)的研究熱情，另一方面地方扶持高新企業(yè)并對專利申請進行了財政補貼。實力使然，國內(nèi)學(xué)者陸續(xù)創(chuàng)業(yè)，走出實驗室。目前，國內(nèi)學(xué)者創(chuàng)業(yè)公司包括但不限于仁爍光能、無限光能、萬度光能、光晶能源、曜能科技和脈絡(luò)能源，成立時間略有先后，但整體進度集中在2023年前后完成中試線建設(shè)/投產(chǎn)，其中進度較快的仁爍光能預(yù)計于2023Q4完成1.2×0.6m尺寸投產(chǎn)，萬度光能已有10GW的總產(chǎn)能規(guī)劃。1）仁爍光能：成立于2021年12月，由南京大學(xué)譚海仁領(lǐng)銜，技術(shù)團隊多次創(chuàng)造鈣鈦礦疊層轉(zhuǎn)換效率世界紀錄，全鈣位礦疊層電池效率達28%領(lǐng)跑全球。2022年8月完成了數(shù)億元的Pre-A輪融資，并在該月建成了10MW中試線，生產(chǎn)30×40cm尺寸鈣鈦礦疊層電池；150MW產(chǎn)線于12月動工，生產(chǎn)1.2×0.6m尺寸鈣鈦礦電池，預(yù)計2023Q4投產(chǎn)。2）無限光能：成立于2022年2月，由清華大學(xué)易陳誼領(lǐng)銜，承接了清華大學(xué)太陽能轉(zhuǎn)化與存儲實驗室的科研成果。2022年6月完成數(shù)了千萬元的天使輪融資，按原定計劃，于2022Q3完成試驗線建設(shè)，實現(xiàn)大尺寸電池模組批量下線，目標效率大于20%，下一步計劃啟動10MW級中試線建設(shè)，并在2024年建成100MW級商業(yè)化量產(chǎn)線。3）萬度光能：成立于2016年8月，由華中科技大學(xué)韓宏偉領(lǐng)銜，在國際上率先完成下一代光伏可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池中試及戶外驗證，產(chǎn)業(yè)化指標在國際上處于領(lǐng)先地位。2021年總投資60億元建設(shè)可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池生產(chǎn)基地項目，第一期建設(shè)一條200MW級可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池大試線落地，成功后擴充至10GW產(chǎn)能。4）光晶能源：成立于2022年5月，由武漢理工大學(xué)黃福志領(lǐng)銜，具備獨立知識產(chǎn)權(quán)的大面積鈣鈦礦薄膜印刷技術(shù)，實現(xiàn)了大面積鈣鈦礦組件的制備，綜合效能領(lǐng)先業(yè)界同行。2022年8月完成數(shù)了3000萬元的天使輪融資，公司已在20cm×20cm的鈣鈦礦組件上獲得超過20%的效率，并建成了30cm×30cm組件10MW小試線，目標效率20%，并計劃于2024年實現(xiàn)100MW產(chǎn)線量產(chǎn)的目標。5）曜能科技：成立于2017年3月，由清華化工系孫于超創(chuàng)辦，團隊中北大材料系的特聘研究員周歡萍和北理工教授陳棋，公司小面積單結(jié)鈣鈦礦光伏電池最高光電轉(zhuǎn)換效率超過25%（世界紀錄為25.5%）、小面積鈣鈦礦/晶硅疊層光伏電池效率超過27%，并計劃于2023年底實現(xiàn)工業(yè)級M6（166mm×166mm）硅片上制備鈣鈦礦/晶硅疊層光伏電池27%的效率目標。6）脈絡(luò)能源：成立于2022年8月，由小面積組件（0.2m×0.2m）產(chǎn)品入手，向大面積組件（1m×2m）產(chǎn)品領(lǐng)域拓展。2022年8月完成了天使輪融資，正在進行小試線建設(shè)，計劃2023年建設(shè)100MW鈣鈦礦電池中試線，并預(yù)計未來五年內(nèi)將實現(xiàn)GW級鈣鈦礦電池組件量產(chǎn)線的建設(shè)。3.2.資本加持，中試邁向量產(chǎn)鈣鈦礦電池行業(yè)投資市場火熱，一級資本投資如火如荼。1）從投資方來看，鈣鈦礦初創(chuàng)企業(yè)受到騰訊、碧桂園及寧德時代等跨界企業(yè)和三峽資本、高瓴資本等機構(gòu)密切關(guān)注，如騰訊于2022年投資協(xié)鑫光電、碧桂園于2021年參投極電光能、2022年參投無限光能。2）從融資輪次來看，纖納光電和協(xié)鑫光電已完成多輪融資，分別來到D輪和B+輪，累計獲投資金額達數(shù)億元，其余初創(chuàng)企業(yè)集中在天使輪和Pre-A輪階段。鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)現(xiàn)階段更多的是在進度上作較量，以資本和卡位的推動為主。中試邁向量產(chǎn)，協(xié)鑫、纖納和極電領(lǐng)跑，眾能和仁爍等各廠商追逐。1）從組件效率角度（量產(chǎn)效率），至2022年底單結(jié)鈣鈦礦電池可達16%，在2023年、2024年和2025年有望分別達到18%、20%和22%；鈣鈦礦/晶硅疊層電池方面有望在2023年達到28%。2）從產(chǎn)能角度看，目前各廠家仍集中在100MW級別的試驗線，如2021年協(xié)鑫光電100MW產(chǎn)線投產(chǎn)，纖納光電、極電光能、萬度光能也在2021年通過融資等方式投建百兆瓦級產(chǎn)線；我們預(yù)計2023年有望看到行業(yè)GW級別的項目落地，2024年出現(xiàn)多條GW級別的產(chǎn)線建設(shè)，由中試正式邁向量產(chǎn)。各廠家詳細的產(chǎn)能規(guī)劃進展我們在后續(xù)5.2節(jié)供給端進行詳細說明，這里不多贅述。4.鈣鈦礦制備涂布濕法和蒸鍍干法共存，核心設(shè)備確定鈣鈦礦電池由于其結(jié)構(gòu)并未完全確定，對應(yīng)設(shè)備與工藝尚未定型，但其核心設(shè)備離不開激光設(shè)備、真空鍍膜設(shè)備和涂布機，鈣鈦礦電池的產(chǎn)業(yè)化將給設(shè)備投資帶來新的增量。1）激光工藝貫穿整個環(huán)節(jié)，精度提升促使設(shè)備升級。目前國內(nèi)各激光設(shè)備廠商已前瞻布局，包括大族激光、德龍激光、杰普特、邁為股份、帝爾激光等；2）鈣鈦礦層以涂布濕法為主流，其次是CVD法，新增涂布機需求。目前協(xié)鑫光電、纖納光電和極電光能等均以狹縫涂布法為主，其中主要供應(yīng)商為上海滬德，其次是日本東麗；而CVD法代表企業(yè)為眾能光電，CVD設(shè)備市場被應(yīng)用材料、泛林半導(dǎo)體、東京電子等國外廠商占領(lǐng)。3）真空鍍膜多層通用，設(shè)備投資占比提升。PVD設(shè)備供應(yīng)商較多，包括京山輕機、邁為股份、捷佳偉創(chuàng)、奧來德、眾能光電等；CVD設(shè)備國內(nèi)廠商以捷佳偉創(chuàng)為主。4）對標OLEDs封裝，薄膜封裝或成為主流。工藝流程概況：導(dǎo)電透明玻璃制備→激光P1刻蝕→制備第一傳輸層薄膜（電子/空穴傳輸層）→退火/干燥→制備鈣鈦礦層薄膜→退火烘干→制備第二傳輸層薄膜（空穴/電子傳輸層）→退火/干燥→激光P2刻蝕→底電極（背電極）制備→激光P3刻蝕→激光清邊→測試分揀和封裝。4.1.激光工藝貫穿整個環(huán)節(jié)，精度提高促使設(shè)備升級太陽能電池的大面積是保證高功率輸出的關(guān)鍵，鈣鈦礦電池與晶硅電池的大面積制備具有本質(zhì)區(qū)別。晶硅電池組件的大面積制備是通過對標準化尺寸的晶硅電池進行串焊而來，屬于并聯(lián)結(jié)構(gòu)；而對于鈣鈦礦電池，可以直接制備大面積器件，然后將各層自下而上采用激光工藝串聯(lián)得到，減少了串焊等工藝焊接，這正是上文2.3節(jié)鈣鈦礦電池較晶硅電池所能大幅縮減生產(chǎn)周期的本質(zhì)原因，是對傳統(tǒng)晶硅組件產(chǎn)業(yè)鏈的顛覆，與之相對應(yīng)的，器件的大面積制備成為鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化的難點之一。各劃線難易程度P3>P2>P1，激光工藝以皮秒為主，TCO導(dǎo)電薄膜可采用納秒。其中，合理配置P1、P2和P3三次光刻的相對位置，可提高鈣鈦礦電池組件內(nèi)部的連接效率，增大組件整體的輸出功率。激光設(shè)備約占整體價值量約為10~20%，對設(shè)備精度要求提高。激光工藝關(guān)系到薄膜的損傷缺陷以及被切面的平整光滑程度，直接/間接影響電池的效率和壽命，從而對激光設(shè)備的精度提出較高要求。以碲化鎘和銅銦鎵硒薄膜電池為例，對激光刻蝕的精度要求分別為3~5μm和2μm，但鈣鈦礦激光刻蝕的精度則需要達到0.3-0.5μm，故現(xiàn)存薄膜電池的激光刻蝕設(shè)備無法直接應(yīng)用于鈣鈦礦電池生產(chǎn)，催生更新需求。目前各激光設(shè)備廠商已前瞻布局，正與鈣鈦礦生產(chǎn)商緊密合作。國內(nèi)激光設(shè)備廠商中，德龍激光較早關(guān)注到鈣鈦礦薄膜電池的制備，目前設(shè)備已投入客戶產(chǎn)線進行實際生產(chǎn)；邁為股份于2021年年報中就披露已經(jīng)制造出鈣鈦礦激光設(shè)備樣機，定制化的單結(jié)大面積鈣鈦礦激光設(shè)備已實現(xiàn)交付；帝爾激光的激光設(shè)備已應(yīng)用于TCO層、氧化物、電極層生產(chǎn)；眾能光電也表示鈣鈦礦激光劃線刻蝕設(shè)備已出貨50臺套。4.2.鈣鈦礦層以涂布濕法為主流，新增涂布機需求大面積和小面積鈣鈦礦電池的最高效率存在很大差異，最關(guān)鍵原因之一是缺乏高質(zhì)量、高均一性的大面積鈣鈦礦薄膜沉積方法。雖然目前鈣鈦礦電池實驗室轉(zhuǎn)化效率已超過25%（2022年最高記錄為25.7%），但其采用的旋涂法僅適用于實驗室端的研發(fā)，旋涂法可以獲得效率高且分布均勻的鈣鈦礦結(jié)晶，但成品面積較小（一般低于1cm2）且物料利用率僅3%，無法應(yīng)用到大規(guī)模生產(chǎn)中。相比之下，產(chǎn)業(yè)端平米級別的鈣鈦礦轉(zhuǎn)換效率還不到20%（至2022年底產(chǎn)業(yè)化最高約16%），故大面積鈣鈦礦薄膜的沉積方案還處于多樣化的研究當(dāng)中，沒有形成穩(wěn)定的工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。旋涂法（濕法）和氣相法（干法）是實驗室端的制備方法，成膜質(zhì)量高但大面積制備困難。旋涂法分為一步法和兩步法，兩步法又可以分為分層浸漬法和兩步旋涂法，以旋涂法為基礎(chǔ)的鈣鈦礦薄膜制備方法受基底尺寸影響較大，僅被實驗室規(guī)模小面積器件的制備廣泛使用，而大面積鈣鈦礦薄膜沉積使用該技術(shù)受到很大的制約。相比較而言，氣相法制備的鈣鈦礦薄膜尺寸不會受到很大的制約，可以有效地轉(zhuǎn)向大面積鈣鈦礦薄膜的制備，但由于化學(xué)計量比難以精確控制而沒有大規(guī)模應(yīng)用。一步旋涂法：是最早制備鈣鈦礦電池的方法，指的是將PbX2(X=Cl、Br、I)和銨鹽(MAI、FAI等)按照一定的化學(xué)計量比，溶解在特定的溶劑中，配成鈣鈦礦前驅(qū)體溶液。經(jīng)過一步旋涂，將其沉積在預(yù)制備基底（沉積有電子或空穴傳輸層的基底）上，經(jīng)過退火處理，形成完全結(jié)晶的鈣鈦礦薄膜；優(yōu)勢是制備簡單且薄膜質(zhì)量高、化學(xué)計量比可控，但薄膜質(zhì)量重現(xiàn)性欠佳，受環(huán)境、溫度和適度等外部因素影響大；分層浸漬法：在與一步法原理相似，區(qū)別在于先旋涂PbI2，而非鈣鈦礦前驅(qū)溶液，將PbI2填充在介孔TiO2層中并在70℃退火，隨后將其浸泡在一定濃度MAI的異丙醇溶液中，兩者充分反應(yīng)后在熱臺上100℃退火處理10min即可形成完全結(jié)晶的鈣鈦礦（MAPbI3）薄膜；該方法克服了一步法重現(xiàn)性欠佳的問題，但由于存在PbI2濃度較高時PbI2和MAI反應(yīng)不完全等問題，使用受限；兩部旋涂法：采用旋涂的方法分別將PbI2溶液和MAI溶液旋涂在基底上，通過退火處理實現(xiàn)二者之間的相互擴散反應(yīng)，從而形成均勻、致密的鈣鈦礦（MAPbI3）薄膜；該方法結(jié)合了一步法和分層浸漬法的優(yōu)點，可以實現(xiàn)化學(xué)計量的精確控制；氣相沉積法：將MAI作為有機蒸發(fā)源，PbCl2作為無機蒸發(fā)源，在高真空環(huán)境下，進行雙源共蒸發(fā)，兩種前驅(qū)體同時沉積至預(yù)制備基底上，充分反應(yīng)后即可得到鈣鈦礦薄膜；優(yōu)點在于PbI2可以和MAI蒸汽快速反應(yīng)，實現(xiàn)均勻、致密的鈣鈦礦薄膜，但鈣鈦礦的化學(xué)計量比難以得到精確的控制，因而其并沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用。產(chǎn)業(yè)端大面積鈣鈦礦薄膜制備方法主要有：刮刀涂布法、狹縫涂布法、超聲噴涂法、噴墨打印法、軟膜覆蓋法和氣相沉積法。狹縫涂布法較刮刀涂布法優(yōu)勢更加明顯，但成品性能還需優(yōu)化，是目前大面積制備的主流方法。刮刀涂布法：是一種基于刮刀與襯底之間的相對運動，通過刮板將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液沉積至基底上的一種液相制膜方法；其中鈣鈦礦薄膜的厚度可以通過調(diào)節(jié)鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的濃度、刮板與基底之間的間隙寬度、刮涂的速度和風(fēng)刀壓力的大小進行有效地控制。與上述實驗室溶液旋涂法相比，刮刀涂布法具有前驅(qū)體溶液浪費少、成膜質(zhì)量和工藝穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，可以降低鈣鈦礦薄膜的生產(chǎn)成本，且還可以擴展到工業(yè)生產(chǎn)線上的片對片、卷對卷等連續(xù)薄膜生產(chǎn)技術(shù)中去；狹縫涂布法：是將前驅(qū)體溶液放在儲液泵中，由控制系統(tǒng)按照設(shè)置的程序?qū)⑵渚鶆虻貜莫M縫涂布頭中連續(xù)擠出，沉積在基底上以形成連續(xù)、均勻鈣鈦礦液膜的方法；與刮刀涂布法相比，狹縫涂布技術(shù)有以下三大優(yōu)勢：1）目標鈣鈦礦液膜的厚度可以通過對控制系統(tǒng)的參數(shù)和前驅(qū)體溶液的濃度進行精確地設(shè)定；2）屬于無接觸式的液相制膜技術(shù)，在涂布過程中可以避免由于基底平整度不好而導(dǎo)致的涂布頭與基底的直接刮蹭；3）鈣鈦礦前驅(qū)體溶液密封在密閉的儲液罐中，在涂布過程中可以保持其濃度不變，確保實驗的可重現(xiàn)性，并而避免實驗人員與有機溶劑的直接接觸。此外，其他大面積制備方法也各有優(yōu)劣。超聲噴涂法：通過超聲波震動將噴槍中鈣鈦礦前驅(qū)體溶液均勻噴涂在基板上，并通過熱退火處理形成完全結(jié)晶鈣鈦礦薄膜；在噴涂過程中，前驅(qū)體微小液滴的分散位置是隨機的，因此需要在同一位置重復(fù)噴涂多層液滴以確保鈣鈦礦薄膜的全覆蓋；噴墨打印法：通過調(diào)節(jié)打印腔內(nèi)壓力將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液打印在基底上形成鈣鈦礦薄膜；由于打印頭與基底之間沒有機械應(yīng)力（非接觸式），對鈣鈦礦溶液的黏度要求較低，極大地提高了其對基底材料強度和表面粗糙度的容忍性，但高成本高精度的噴墨打印頭是一大制約因素；軟膜覆蓋法：由上海交大韓禮元教授率先開發(fā)的無需高真空操作的方法，在沉積過程中鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的浸潤性、粘度以及退火溫度等對薄膜的質(zhì)量有著直接的影響，該方法操作簡單，無需價格昂貴的真空或涂布設(shè)備，但難以制備較厚的鈣鈦礦薄膜；氣相沉積法：通過真空蒸鍍即可沉積鈣鈦礦（前驅(qū)體）薄膜的方法，但真空氣相沉積需要使用價格昂貴的真空設(shè)備，較高的生產(chǎn)成本限制了其在大面積鈣鈦礦薄膜制備中的廣泛應(yīng)用，但由于不使用分子泵等高真空設(shè)備，成本低于常見的物理氣相沉積法。涂布濕法現(xiàn)為鈣鈦礦層主流路線，新增涂布機需求。涂布濕法并非全新工藝，但對于電池片制備工藝體系卻是新的增量。1）在工藝路線選擇方面，協(xié)鑫光電、纖納光電、極電光能等以狹縫涂布法為主，而氣相沉積法代表企業(yè)為眾能光電。2）設(shè)備廠商方面，涂布機設(shè)備以上海德滬為主，市占率達70%，是協(xié)鑫全球第一條100MW鈣礦產(chǎn)線大尺寸核心狹縫涂布設(shè)備供應(yīng)商；CVD設(shè)備市場集中度較高，被應(yīng)用材料、泛林半導(dǎo)體和東京電子等國外廠商占領(lǐng)，國內(nèi)代表廠商為北方華創(chuàng)（LPCVD設(shè)備）以及沈陽拓荊（PECVD）。4.3.真空鍍膜多層通用，設(shè)備投資占比提升除鈣鈦礦層外，其他各層均可采用真空鍍膜PVD干法，但不同廠商間電子傳輸層和空穴傳輸層選用的材料有所不同，有的選用有機材料，有的選用金屬氧化物，目前各個技術(shù)路線都存在差異。導(dǎo)電玻璃層：可以直接采購或在玻璃底上采用PVD法直接制備透明導(dǎo)電層，較為成熟；空穴傳輸層：使用PVD（蒸鍍/磁控濺射等/離子鍍RPD）或涂布法，難點是工藝參數(shù)調(diào)整；針對反式結(jié)構(gòu)，在鈣鈦礦層用RPD法沉積電子傳輸層較PVD法而言對鈣鈦礦層的損傷較?。浑娮觽鬏攲樱菏褂肞VD（蒸鍍/磁控濺射）或涂布法；金屬電極：主要使用蒸鍍PVD或磁控濺射PVD，相對較為成熟；PVD與RPD比較：PVD成本占優(yōu)，RPD效率占優(yōu)。1）磁控濺射法（PVD）：將靶材置于陰極，通過電子與工作氣體碰撞分解出的正離子，在電場作用下，讓正離子轟擊靶材表面，靶材內(nèi)原子獲得能量后發(fā)生級聯(lián)碰撞，最終發(fā)生濺射現(xiàn)象，從而實現(xiàn)鍍膜的工作；PVD目前技術(shù)比較成熟且制備過程簡單，設(shè)備供應(yīng)商較多，包括京山輕機、邁為股份、捷佳偉創(chuàng)、奧來德、眾能光電、欣奕華、湖南紅太陽、梅耶博格、德國萊寶等。2）等離子體沉積法（RPD）：RPD法與PVD法原理相類似，但可以減少薄膜的損傷并且獲得更高的轉(zhuǎn)換效率，其缺點在于設(shè)備昂貴且供應(yīng)商較少，僅有日本住友、捷佳偉創(chuàng)。真空鍍膜多層通用將提高其設(shè)備投資占比，為設(shè)備投資帶來增量。整體來看單臺設(shè)備價值量RPD設(shè)備>PVD設(shè)備>涂布機>激光設(shè)備。以協(xié)鑫100MW產(chǎn)線為例，其采用的是表10中方案1路線，總投資額約1.2億，對應(yīng)蒸鍍設(shè)備（PVD+RPD）占比約70%，涂布機占比約10%，一般RPD設(shè)備比PVD設(shè)備貴30%，因此我們估計單層RPD、PVD和涂布機設(shè)備價值分別為3400萬元/百兆瓦、2500萬元/百兆瓦、1200萬元/百兆瓦。參考HJT中PVD和CVD設(shè)備價值量占比，我們粗略假設(shè)鈣鈦礦CVD設(shè)備與PVD設(shè)備價值量相同，對應(yīng)得到表10中方案2和方案3蒸鍍設(shè)備的占比分別為41%和75%（未考慮導(dǎo)電玻璃層的制備）；而現(xiàn)有晶硅電池中，PERC和TOPCon鍍膜以化學(xué)氣相蒸鍍法為主，真空蒸鍍非主流，而HJT電池制備中蒸鍍設(shè)備占比約25%，相比之下，鈣鈦礦電池設(shè)備投資中真空鍍膜設(shè)備占比顯著提升，帶來新的增量。4.4.對標OLEDs封裝，薄膜封裝或成為主流從結(jié)構(gòu)和封裝要求來看，鈣鈦礦電池對標的是OLEDs而不是晶硅電池。1）鈣鈦礦電池和OLEDs均為五層夾層結(jié)構(gòu)。五層的OLEDs器件也分為金屬陰極、空穴傳輸層、有機發(fā)光層、電子傳輸層和陽極，與鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)一致；目前OLEDs制備方案比較成熟，大部分有機小分子薄膜通過真空熱蒸鍍來制備，而可溶性有機小分子和聚合物薄膜則可以通過更低成本的溶液法來制備，鈣鈦礦電池各層的制備更多的是OLEDs制備工藝的遷移。2）鈣鈦礦電池密封要求僅次于OLEDs。由于OLED器件中陰極材料和有機發(fā)光材料對水蒸氣和氧氣特別敏感，若要達到設(shè)計的使用壽命10000小時，水、氧的滲透率要分別小于5×10-6g/m2·天和10-6g/m2·天，10-6g/m2·day的水滲透率要求相當(dāng)于24小時內(nèi)只允許1滴水滲入6個足球場大小的面積內(nèi)，相比之下鈣鈦礦電池的要求在10-4至10-5量級之間，而晶硅電池要求更低（小于10-1即可）。可靠的封裝技術(shù)是鈣鈦礦電池邁向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)核心之一。封裝的目的在于防止水氧和灰塵進入鈣鈦礦電池器件內(nèi)部而使其壽命和性能降低。目前封裝技術(shù)可以分為蓋板封裝和薄膜封裝（TFE封裝）兩大類，其中蓋板封裝又可以分為Getter&Dispenser封裝和Frit封裝。Getter&Dispenser封裝：在鈣鈦礦電池四周涂上一圈密封膠（SealDispenser），由于密封膠多為有機材料，其水透過率只能達到10-1g/m2·天，為此需要在玻璃蓋板上凹槽并用涂布工藝帖附干燥劑（GetterAttach），在一定的真空度下進行成盒工藝讓密封膠把兩張玻璃粘合并固化，形成一個閉合的封裝結(jié)構(gòu)。該方法的缺點體現(xiàn)在兩方面，一方面是由于干燥劑本身有厚度（0.1-0.3mm），增加了玻璃基板的厚度，不利于產(chǎn)品的輕薄；另一方面是干燥劑一般為不透明材料，帖附在鈣鈦礦電池上會影響透光。Frit封裝：為了克服Getter&Dispenser封裝的缺點，F(xiàn)rit封裝采用玻璃膠（FritSeal）直接在玻璃上涂覆，以代替密封膠；用涂布或絲網(wǎng)印刷工藝將玻璃膠制作在封裝玻璃上，把封裝玻璃用高溫烘烤使玻璃膠中的溶劑揮發(fā)掉只剩下固體玻璃粉；玻璃膠熔融固化后能夠達到類似玻璃的優(yōu)良的阻水氧效果，但玻璃粉熔融固化后的硬度和脆性與玻璃相近，無法應(yīng)用于彎曲產(chǎn)品。TFE封裝：在鈣鈦礦電池制作完成后首先沉積一層無機阻水層1，可以采用ALD或PECVD實現(xiàn)低溫下的沉積，隨后用涂布或噴墨打印的工藝制作有機平坦層，有機平坦層材料可以使用UV固化或熱固化，固化完成后在有機平坦層上繼續(xù)沉積第二層無機阻水層2，沉積完成后再帖附保護膜。對標OLEDs，TFE封裝或成為主流。TFE封裝由于能夠兼顧柔性O(shè)LED顯示需求的阻水氧性能和彎曲性能，已經(jīng)成為目前OLEDMobile產(chǎn)品的主流封裝技術(shù)，參照OLEDs，伴隨下游應(yīng)用端對鈣鈦礦電池柔性和透光性要求的提升，TFE封裝或也成為鈣鈦礦電池封裝主流。5.潛在應(yīng)用需求廣闊，產(chǎn)能供給放量為設(shè)備投資帶來增量根據(jù)我們對供需端的分析，需求端BIPV是應(yīng)用首選，VIPV前景可期，與晶硅電池相比將形成差異化競爭，我們測算至2026年合計有69.1GW的新增潛在市場需求；供給端我們預(yù)計2024年有望出現(xiàn)首條GW級別產(chǎn)線，至2026年行業(yè)合計產(chǎn)能將達到24.4GW，為設(shè)備廠商帶來廣闊增量，對應(yīng)2026年122億元的總設(shè)備市場空間和52億元新增設(shè)備空間。5.1.需求端：BIPV是應(yīng)用首選，VIPV前景可期輕薄+透光+柔性，差異化特點讓鈣鈦礦有廣泛的應(yīng)用前景。1）目前鈣鈦礦電池還處于產(chǎn)業(yè)化早期，后續(xù)將憑借其輕薄、透光、弱光性好、柔性器件等差異化特點，在BIPV（光伏建筑一體化）及VIPV（車載光伏）以及物聯(lián)網(wǎng)發(fā)電模塊等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)率先應(yīng)用；2）鈣鈦礦電池的厚度僅為晶硅電池的千分之一，柔性輕便進一步拓展了更豐富的應(yīng)用場景，如用于穿戴式的發(fā)電裝置、野外臨時發(fā)電設(shè)備等，甚至可以運用于太空發(fā)電。應(yīng)用場景1：BIPV是首選應(yīng)用市場。從電池片組件應(yīng)用端來看，分為集中式電站和分布式電站，2021年分布式電站占比首超集中式，達到53.4%，而分布式電站中約80%與建筑相關(guān)。光伏建筑一體化（BIPV）作為分布式光伏中一大市場，包括屋頂、幕墻、光伏瓦、遮陽系統(tǒng)等。隨著社會進步和建筑設(shè)計形式的不斷發(fā)展，采光屋頂/幕墻不再單單僅是滿足采光需求，越來越多的體現(xiàn)了建筑的裝修風(fēng)格，這對于光伏組件視覺可設(shè)計要求逐步提高。較晶硅光伏組件相比，鈣鈦礦光伏組件一方面保留了較高轉(zhuǎn)化效率的優(yōu)勢，另一方面其良好的透光率使得可以根據(jù)建筑采光的需求制作出不同透光效果和顏色外光的BIPV，更好滿足人們對建筑美學(xué)的需求。政策端加碼+BIPV技術(shù)走向成熟，BIPV滲透率及裝機量將不斷提升。隨著“雙碳”政策提出，綠色建筑、屋頂光伏等政策加速落地。1）各省份及地區(qū)紛紛給出政策指引，體現(xiàn)在對新建建筑光伏屋頂覆蓋率（最高達50%）、裝機規(guī)模和建筑面積的要求，伴隨2022年3月住建部《“十四五”建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃》落地，“綠色建筑”上升至法律高度；2）地方補貼釋放積極信號，浙江、上海和廣東等地于2022年陸續(xù)發(fā)布推進分布式光伏/BIPV項目的意見/試行通知，其中對于BIPV項目的補貼最高可達0.8元/W，預(yù)計將有效推動BIPV市場擴容。我們預(yù)計2026年新增BIPV(屋頂+幕墻)裝機容量將達到47.2GW，對應(yīng)1398.6億元新增市場空間。伴隨政策指引和補貼的落地+BIPV技術(shù)走向成熟的催化，根據(jù)我們測算，BIPV屋頂?shù)拇媪垦b機規(guī)模將從2020年的709MW達到2026年的76GW，CAGR≈118%，實現(xiàn)快速增長；而BIPV幕墻的每年新增裝機規(guī)模將從2022年的0.3GW增長至2026年的11.3GW，CAGR≈145%，增長同樣迅速。預(yù)測假設(shè)：1）以2021年存量建筑面積（605.4億平方米）和房屋竣工面積（40.83億平方米，增速6.11%）為起點，假設(shè)2022年短期承壓增速取-5%外，參考往年增速水平，往后年份假定維持相同竣工量，即增速取0%；2）根據(jù)中國建研院《BIPV/光電建筑市場發(fā)展情況介紹》，我國每年新建屋頂面積約為新建建筑面積的20%，則屋頂面積占建筑的面積均按20%估計；3）根據(jù)隆基Hi-MO5m分布式光伏系統(tǒng)，組件1722×1134mm尺寸（面積1.95m2）對應(yīng)功率415W，對應(yīng)發(fā)電量213W/m2，我們簡化取200W/m2作為單位面積的發(fā)電量估計；4）根據(jù)光伏產(chǎn)業(yè)網(wǎng)，我國只有11%的屋頂適合建設(shè)光伏電站，根據(jù)政策指引，我們假設(shè)2021-2026年新建屋頂可安裝比例分別為15%/20%/25%/30%/35%/40%；根據(jù)CPIA，2020年BIPV總裝機容量約709MW，估計得到2020年存量建筑中BIPV屋頂滲透率約為0.3%；我們假設(shè)2021-2026年滲透率分別為0.8%/1.5%/3%/5%/9%/15%；5）對于BIPV幕墻在舊建筑改建方面難度與成本較大，我們僅考慮每年新增的BIPV幕墻容量，假設(shè)幕墻面積占建筑面積的比例為40%，幕墻較屋頂安裝難度相對更大，我們假設(shè)2022-2026年新建幕墻可安裝比例分別為10%/15%/20%/25%/30%；6）BIPV項目成本參照CPIA對分布式項目成本的預(yù)測。應(yīng)用場景2：VIPV前景可期。搭載VIPV的車型還非常少，豐田插電式混合動力車PriusPrime、現(xiàn)代SonataHybrid、裕隆日產(chǎn)的平價車款Leaf、美國Karma的第二代電動超跑Revero、現(xiàn)代的Sonata及Ioniq5是早期搭載太陽能全景天窗的車型。近期，荷蘭電動車初創(chuàng)公司Lightyear全球首款太陽能電動車即將量產(chǎn)。目前，VIPV產(chǎn)業(yè)化仍處于早期，晶硅電池雖然發(fā)展已走向成熟，但考慮到晶硅電池厚度薄且是脆性材料，需要采用特殊的壓合工藝才可以應(yīng)用到車頂?shù)膹澢砻嫔?，但在保證良率的前提下該工藝并不容易實現(xiàn)；若采用可以彎曲的砷化鎵薄膜電池，仍存在成本高（晶體硅的50倍），以及無法透光不能保證全景天窗的透光和美觀等問題。鈣鈦礦本身高效率+透光性，伴隨后續(xù)產(chǎn)業(yè)化加速降本有望解決上述VIPV問題，打開應(yīng)用空間。VIPV經(jīng)濟性測算：以具有1.5m2面積的光伏車頂和200W/m2發(fā)電量的電動汽車為例，假設(shè)每天持續(xù)發(fā)電6小時，一年可理論發(fā)電657度，電價按0.6元/度，估計一年可以節(jié)省約400元，若額外選裝成本為5元/W，6元/W，7元/W時，對應(yīng)靜態(tài)投資周期為3.75、4.5年和5.25年。我們預(yù)計2026年新增VIPV裝機容量將達到21.9GW。我們認為，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化加速將對VIPV應(yīng)用的起量起到促進作用，伴隨2025年GW級別鈣鈦礦產(chǎn)線的落地/投產(chǎn)，快速降本的情況下將催生VIPV覆蓋率的提升，我們假設(shè)2025年和2026年VIPV覆蓋率分別為1%/3%，光伏車頂可安裝面積和單位面積發(fā)電量分別按1.5m2和200W/m2估算，暫且僅考慮新車的選配/標配，不考慮對存量汽車的改裝。5.2.供給端：產(chǎn)能供給放量為設(shè)備投資帶來增量根據(jù)產(chǎn)能梳理，我們預(yù)計至2026年鈣鈦礦產(chǎn)能達24.4GW，對應(yīng)設(shè)備總市場空間122.1億元，當(dāng)年市場空間51.5億元。2023年各鈣鈦礦廠商百MW級產(chǎn)線陸續(xù)投產(chǎn)，我們預(yù)計本年度鈣鈦礦合計產(chǎn)能超過1GW（1.22GW），并有望率先出現(xiàn)1GW產(chǎn)線的招標；2024年，我們預(yù)計將出現(xiàn)多條GW級別產(chǎn)線的建設(shè)，對應(yīng)組件效率有望達20%，實現(xiàn)鈣鈦礦0->1產(chǎn)業(yè)化的跨越。根據(jù)2022年鑫磊半導(dǎo)1GW產(chǎn)線10.36億元的投資額，以及協(xié)鑫對鈣鈦礦量產(chǎn)后單GW約5億