光伏行業鈣鈦礦專題研究鈣鈦礦：第三代電池佼佼者，產業化潛力較大鈣鈦礦十年時間效率直逼晶硅，發展前景廣闊太陽能電池是一種利用光生伏特效應使得太陽能轉化為電能的半導體器件。在數十年間，太陽能電池的發展已進入到了第三代，種類也得到了極大的豐富。其中，第一代電池主要為晶硅太陽能電池，是目前技術最為成熟、商業化最為成功的太陽能電池，但仍存在著制備工藝復雜、對硅料純度要求較高等問題；第二代為化學薄膜太陽能電池，主要以CdTe、GaAs、CIGS為代表。與晶硅電池相比，這類電池所需材料少，成本低而且轉化效率高，已經逐步進入到商業化的進程中，但其活性層具有部分稀有元素與重金屬元素，價格昂貴，難以應用于大規模生產；第三代為新型薄膜太陽能電池，如鈣鈦礦太陽能電池（PSCs），染料敏化太陽能電池（DSSC），有機太陽能電池（OSC）等。它們具有生產工藝簡單、原料儲量豐富、生產成本低等優勢，在效率提升和降本等方面均具備較大潛力，受到全球學術界和產業界的廣泛關注。鈣鈦礦物質的化學通式為ABX3，正八面體結構。在太陽能電池的應用中，A為單價陽離子，通常為甲胺陽離子(MA+，CH3NH3+)、Cs+或甲脒陽離子(FA+，(NH2)2CH+)，X為鹵素陰離子(Cl-、Br-、I-)，B包括Pb2+、Sn2+、Bi2+等。晶硅實驗室效率陷入瓶頸，鈣鈦礦實驗室效率十余年間超越晶硅。晶硅電池效率在1970年代達到了13%、14%，2017年后停留在26.7%。而鈣鈦礦最早在2009年由日本科學家首次用于發電，轉換效率僅3.8%。2012年，牛津大學的HenrySnaith發現鈣鈦礦可以用作太陽能電池的主要成分，而不僅僅是用作敏化劑，由此太陽能光伏研究領域正式開始使用合成鈣鈦礦。經過10余年發展，單結鈣鈦礦電池的實驗室效率已達25.6%，接近由隆基22年11月創造的HJT晶硅電池26.8%的實驗室效率紀錄。單結鈣鈦礦電池理論轉化效率可達33%，高于晶硅電池極限效率29.4%。結構多樣，材料體系尚未定型主流結構分為介孔、正式平面、反式平面鈣鈦礦電池由多個功能層堆疊形成，其結構大致可分為三類：介孔結構、正式平面結構和反式平面結構，其中：

1）介孔結構是最早誕生的鈣鈦礦電池結構，其主要特點在于采用二氧化鈦作為介孔骨架，實現電子的轉移運輸，具有成膜均勻光滑、光電轉換效果好等優點。然而，介孔結構往往需要進行高溫燒結，不利于大規模量產和柔性器件的制備；

2）正式平面結構與介孔結構較為類似，但不存在介孔電子傳輸層，減少了高溫燒結二氧化鈦的過程，制備工藝更為簡單，且相較介孔結構能獲得更高的開路電壓。但由于缺失介孔層，正式平面結構的電池對空間電場的分散能力更弱，因此轉化效率略遜色于介孔結構。另外，正式平面結構往往使用濕度、熱穩定性較差的有機空穴傳輸層，影響了電池的穩定性。3）反式平面結構的基本組成依次為TCO玻璃、空穴傳輸層、鈣鈦礦層、電子傳輸層和金屬電極，其電荷的流向與正式結構不同，空穴流向導電玻璃、電子則流向金屬對電極。反式結構還具有制備工藝簡單、成膜溫度更低、與疊層電池器件結構的兼容性好等優點，是鈣鈦礦電池廠商產業化過程中采用的主流結構，但光電轉換效率相較正式結構仍具有與一定差距。材料體系尚未定型，不同膜層均有多種選擇TCO導電玻璃：產業上常用的TCO導電玻璃分為ITO、FTO和AZO玻璃三類，分別采用In2O3、SnO2和ZnO作為靶材。ITO具有電導率高、透過率高等優點，曾廣泛應用于光伏領域，但產業對光吸收性能要求趨嚴，使得TCO玻璃必須具備增強光散射的能力，而ITO很難實現這一要求，因此逐漸被FTO所取代。FTO的導電性能與ITO相比稍顯遜色，但具有成本低、膜層硬、光學性能適宜等優點，目前是應用于光伏玻璃領域的主流產品。AZO的光電性能與ITO相近，且AZO原材料簡單易得，生產成本低，在未來產業化的進程中具備重大潛力。電子傳輸層（ETL）：產業端常用的電子傳輸層材料包括金屬氧化物、有機小分子和復合材料，其中金屬氧化物有二氧化鈦(TiO2)和二氧化錫(SnO2)，有機小分子主要為富勒烯及其衍生物，復合材料包括通過絕緣材料框架與TiO2構成復合材料如TiO2/Al2O3、摻雜其他元素如釔的石墨烯/TiO2納米顆粒復合材料。二氧化鈦是最早且應用最為廣泛的電子傳輸層材料，主要得益于二氧化鈦與鈣鈦礦的能級較為匹配，能夠有效實現電子傳輸并阻擋空穴，而且價格較為便宜，但TiO2制備過程中往往需要進行500℃以上的高溫燒結以提升傳輸性能，這一過程制約了TiO2在柔性襯底上的應用和其產業化的進程。SnO2電導率和載流子遷移率較高，且制備溫度較低，是較為理想的電子傳輸層材料。因此目前SnO2被產業界廣泛研究，以期在產業化進程中實現對TiO2的替代。鈣鈦礦吸光層：吸光層采用的材料一般為有機-無機混合鈣鈦礦化合物前驅液，目前主流工藝多采用MAPbI3等。鈣鈦礦電池的原材料儲備極為豐富，且配制前驅體溶液不含復雜工藝，對試劑純度要求不高。空穴傳輸層（HTL）：空穴傳輸層材料可分為有機材料和無機材料兩大類。最常用的有機材料是Spiro-OMeTAD、PTAA、PEDOT:PSS等。然而有機空穴材料合成復雜，價格昂貴，主要為實驗室使用，且PEDOT:PSS等部分材料還具有酸性和吸濕性，會使得鈣鈦礦的吸光層材料衰減加速。產業端多采用無機材料來代替有機材料，以提升電池壽命、降低生產成本。常用的無機空穴材料包括Cu2O、CuI、CuSCN、NiOx等。無機空穴傳輸層還具有穩定性好、空穴遷移率高、光學帶隙寬等優勢，但目前HTL采用無機材料時，鈣鈦礦電池的效率表現不及使用有機空穴傳輸材料。電極層：產業端多采用銅、銀等金屬電極，或金屬氧化物等作為電極層材料，碳電極也在嘗試中。備制路徑百花齊放，主流方法包括涂布/RPD/蒸鍍/磁控濺射以反式平面結構為例，鈣鈦礦的工藝流程大體包括如下步驟，其中鈣鈦礦膜層備制難度最高，鈣鈦礦/HTL/ETL層備制均存在不同技術路線：頂電極ITO/FTO玻璃入線→激光刻蝕→清洗→制備空穴傳輸層→退火/干燥→制備鈣鈦礦吸光層→退火烘干→制備電子傳輸層→退火/干燥→激光刻蝕→制備電池層→激光刻蝕→激光清邊→測試分揀→封裝。鈣鈦礦吸光層制備工藝：實驗室一般為旋涂，產業界以涂布為主流鈣鈦礦吸光層的制備技術百花齊放，大致可分為五大類，分別為(1)溶液涂布法：具體包含有刮刀涂布法、狹縫涂布法和絲網印刷法；(2)旋涂法：具體可分為一步旋涂法和兩步旋涂法；(3)噴涂法和噴墨打印法；(4)軟膜覆蓋法；(5)氣相沉積法。(1)溶液涂布法：主要通過涂布裝置使得鈣鈦礦前驅體溶液在基底表面完成相對運動，依靠液體的表面張力和基底接觸而成膜。按涂布設備的不同，可將其進一步劃分為刮刀涂布法、狹縫涂布法和絲網印刷法。其中，狹縫涂布法具有印刷速度快、漿料利用率高、薄膜質量控制更加精細化等優點，是目前鈣鈦礦電池產業化中選用的主流方法。(2)旋涂法：旋涂法主要是將鈣鈦礦前驅體溶液滴在滴板上，依靠工件高速旋轉的離心力完成涂覆和薄膜沉積，具有成膜質量高、對薄膜厚度控制精準等優點，一般于實驗室備制小面積電池使用。(3)噴涂和噴墨打印法：該方法將鈣鈦礦前驅體溶液直接噴在基底表面，隨后在基底上沉積薄膜，可通過改變溶液濃度、噴頭與基底間的距離和噴涂速度控制鈣鈦礦的成膜形態。(4)軟膜覆蓋法：該方法是在壓力環境下借助PI（聚酰亞胺）膜覆蓋，實現胺絡合物前驅體向鈣鈦礦薄膜的轉化。該方法有效地阻止了溶劑向空氣中蒸發，易于獲得無針孔且高度均勻的鈣鈦礦薄膜。此外，這種沉積方法不需要真空環境，且可以在低溫工藝下進行。(5)真空鍍膜法：蒸鍍法，一般以共蒸為主。相較于溶液法，真空鍍膜法得到的鈣鈦礦薄膜更加均勻平整，但是需要精準控制蒸發源的成分，操作難度極大。該方法還需在真空環境下進行，薄膜制備時間長，設備成本較高。(6)氣相輔助溶液法：該方法首先利用液相制膜技術將前驅體薄膜涂布在基底上，然后再將其轉移到有機胺鹵化物(MAI)的蒸汽中，進而完全轉換為鈣鈦礦薄膜，兼具了溶液法和真空鍍膜法的優勢。電子傳輸層&空穴傳輸層&電極層備制存在較多選擇路徑透明導電基底往往從玻璃廠商處直接采購獲得，而后企業再對其進行刻蝕處理等以完成后續功能層制備。電子傳輸層沉積和空穴傳輸層沉積的技術路線較為相似，基本包含PVD（包含磁控濺射和蒸鍍法）、反應等離子沉積(RPD)和狹縫涂布三大類，電極層則主要使用PVD技術。目前，工業界制備鈣鈦礦電池的主流路線包括PVD→PVD→狹縫涂布→RPD(或PVD)→PVD、PVD→狹縫涂布→狹縫涂布→狹縫涂布→PVD和PVD→PVD→氣相沉積→PVD→PVD三大類，不同路徑均有各自優缺點，尚未形成統一技術路徑。激光：將大尺寸組件劃片成小尺寸電池串聯，四道工序，暫不存在路線分歧鈣鈦礦電池制備過程中，還需利用激光設備對電池進行激光刻蝕和激光清邊。激光刻蝕的主要目的是使用激光劃線打開膜層，阻斷導通，從而形成單獨的模塊、實現電池分片，主要用于P1、P2和P3層。通常情況下P1為FTO導電玻璃，P2層是鈣鈦礦吸光層，P3則一般是鍍金或者鍍銀材料。在進行激光刻蝕的過程中，一般需保證激光刻蝕線寬與刻蝕線間距精確度，并且不會對之前的層級造成損傷。P4層則主要利用激光設備實現激光清邊，對電池的邊緣進行絕緣處理，去除無效區域。封裝工藝與晶硅相似度較高鈣鈦礦封裝工藝與晶硅相似度較高，主要流程為層壓，封裝核心輔材為POE膠膜與丁基膠。以協鑫光電為例，協鑫采用了包含兩個封裝層的封裝工藝，具體流程為：

(1)首先，需要先在鈣鈦礦太陽能電池的外周表面制備1nm-1000nm的第一封裝層。第一封裝層由致密的金屬化合物沉積而形成，用于阻隔鈣鈦礦電池與外界進行物質交換。金屬化合物可以選擇Al2O3、TiO2、SnO2、ZnO、ZnS等，制備則可以采用化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(ALD)中的任意一種工藝。(2)隨后，再在第一封裝層的表面施加熱熔膠形成第二封裝層，材質可使用POE膜，厚度為100μm-2mm。(3)最后，采用層壓機使得熱熔膠膜與第一封裝層和背板粘結在一起，最終形成鈣鈦礦電池組件完整的封裝結構。設備、電池、輔材是鈣鈦礦產業鏈投資核心環節鈣鈦礦電池上游主要包括原材料和設備兩部分，其中，原材料有鈣鈦礦材料、TCO導電玻璃、膠膜以及光伏玻璃；產業鏈中游則是眾多鈣鈦礦電池廠商，協鑫光電、纖納光電和極電光能等龍頭企業的產業化進度領先；下游則可應用于光伏產業、LED、BIPV等眾多領域。從各功能層的生產需求而言，鈣鈦礦產線所需設備大致有真空設備、涂布設備及激光設備三大類。其中，真空設備包括磁控濺射儀、反應式等離子體鍍膜設備（RPD）設備和蒸鍍機，涂布設備主要用于鈣鈦礦吸光層的制備，國內設備供應商包括德滬涂膜、眾能光電等，激光設備則主要用于對電池進行激光刻蝕和激光清邊。鈣鈦礦電池具備多優勢，但仍有兩大挑戰需解決理論效率更高、理論成本更低、發電量更高、應用場景更廣相較晶硅，鈣鈦礦具理論效率更高、理論成本更低、發電量更高、應用場景更廣四大優勢。優勢一極限效率高鈣鈦礦電池的極限轉換效率高于傳統晶硅太陽能電池，這主要得益于鈣鈦礦材料的禁帶寬度與最優帶隙的區間極為接近。此外，鈣鈦礦材料帶隙寬度連續可控，使其便于與晶硅電池制成高效疊層器件，可進一步打開理論轉化效率的天花板。(1)禁帶寬度適宜：單結太陽能電池吸光層材料的最優帶隙區間為1.3-1.5eV，而MAPbI3、FAPbI3等常用鈣鈦礦材料的禁帶寬度在1.5-1.6eV的區間內，理論轉化效率均可超過30%。(2)材料帶隙寬度連續可控：A、B、X含量不同可獲得不同組分的鈣鈦礦材料，相應材料的帶隙和能級分布也會產生差異。若對鈣鈦礦的A、B、X位進行組分調控，可將帶隙寬度在1.17-2.8eV內做到連續可控。帶隙的大小決定了電池吸收光子的能量范圍，因此可調的帶隙寬度為鈣鈦礦和晶硅電池疊層器件的制備提供了多種選擇，利于實現兩者吸收光譜的互補，光電轉換效率最高可達47%。(3)鈣鈦礦電池效率直接等同于組件功率。目前TOPCon電池片的量產效率大約為25%，但是封裝成組件效率后的效率一般為22%左右，具有2%-3%的組件效率損失（CTMLoss），而鈣鈦礦電池則沒有CTMLoss，電池片效率直接可比組件功率，在產業化進程中具有顯著優勢。優勢二成本低相較于傳統晶硅電池，鈣鈦礦電池具有顯著的成本優勢，主要體現在初始投資額、材料成本與能耗成本三大方面。(1)初始投資額低：據協鑫光電估計，待技術成熟后，5-10GW鈣鈦礦電池的設備投資金額約為5-6億元/GW，是晶硅電池的整套產業鏈設備成本的1/2左右。(2)材料成本低：鈣鈦礦材料具備優異的光吸收能力，光吸收系數達105的量級，因此原材料用量低，電池吸光層的厚度很薄，在材料成本方面具備優勢。鈣鈦礦吸光層的厚度大約為400nm左右，與除玻璃外的其他功能層合計厚度約為1um，而晶硅電池中的硅片厚度通常為150um。(3)能耗成本低：鈣鈦礦電池的制備對原材料純度要求較低，通常90%左右純度的原材料即可制造出效率在20%以上的鈣鈦礦電池。而晶硅電池對材料純度要求極高，需要達到99.9999%以上，這使得鈣鈦礦電池不需要和晶硅電池一樣進行高溫提純的步驟，從而有效減低了能耗。據我們測算，晶硅的制造能耗約為0.31KWh/W，而鈣鈦礦組件的制造能耗僅為0.12KWh/W。優勢三發電量高(1)抗衰減性強，無PID、LID效應：PID和LID效應是造成晶硅電池效率衰減的重要原因，其中，PID效應主要由于鈉離子在電場影響下向電池片表面移動并富集而造成，LID效應則來源于硼元素的擴散，這些雜質的擴散往往是百萬分之一級別的。鈣鈦礦材料對雜質的容忍度顯著優于晶硅材料，百萬分之一級別的雜質的形成和擴散并不會顯著影響鈣鈦礦電池的發電性能，因此，鈣鈦礦電池具有良好的抗衰減性。協鑫光電數據表明，在實驗室層面，鈣鈦礦電池可實現9000小時連續工作而無衰減，晶硅電池則在工作1000小時左右就會出現衰減現象。(2)低熱斑效應、低溫度系數：鈣鈦礦電池還具有低熱斑效應、低溫度系數的特點，相較傳統晶硅電池而言在高溫環境下的能耗損失更少，組件的輸出性能更佳。(3)弱光效應好：早上5點-晚上9點鈣鈦礦電池均可發電，陰雨天也能有較好的發電效果。優勢四輕薄美觀，應用場景豐富BIPV（光伏建筑一體化）是一種將光伏發電設備集成到建筑上的專業技術，既實現了可再生能源的應用，又降低了建筑能耗。但BIPV組件較為追求外觀設計、且需要具備較好的透明度，這恰恰是晶硅電池的劣勢所在。而鈣鈦礦材料具有輕薄美觀、安裝便利、顏色可調等優點，因此可制成均勻柔和的透光、彩色玻璃，實現光伏組件的實用性與建筑設施的美學完美融合，是目前BIPV材料的最優解。產業化尚存在大面積效率低、穩定性差兩大疑慮，部分問題已有解決方案盡管鈣鈦礦電池的上述優勢已經得到了業內的廣泛認可，但其產業化進程中仍存在著兩大痛點亟待解決，即大面積備制效率降低、穩定性較差。目前產業端已出現多種解決思路，部分問題已有解決之道。產業化疑慮#1：大面積效率低鈣鈦礦在備制大面積效率損失嚴重，主要有兩個原因：1）鈣鈦礦薄膜本身在大面積制備時工藝不成熟不夠均勻導致成膜質量差，效率下降；2）大面積薄膜組件進行激光劃線后產生的電阻損耗、并產生死區。針對大面積效率低的問題，主要從工藝、設備兩方面解決，目前業界已形成了初步的解決方案。大面積備制鈣鈦礦層主要采用狹縫涂布和蒸鍍兩種方式，差別在于成本和成膜質量之間權衡：

1）狹縫涂布法可以理解為兩步，第一步是涂布溶液，需要保證涂布溶液物理上的均勻性，該步驟對涂布的工藝要求并沒有超過面板行業，已有相對成熟解決方案，第二步為干燥結晶，需要保證成膜過程中的化學一致性，為涂布法核心難點所在，目前產業端主要通過風刀、紅外等方式干燥結晶，但由于不同廠家配方不同，粘度、揮發性等指標也有所差異，故結晶工序需要工藝、設備、配方三大體系相適配，生產knowhow的積累與工藝改進仍有較大的空間。2）真空蒸鍍成膜質量較狹縫涂布更好，但是由于需要使用價格昂貴的真空設備、生產效率低、靶材利用率低，故目前生產成本較高，且隨著鈣鈦礦配方越來越復雜，共蒸過程中對蒸發源設計、化學計量控制難度也會進一步提升。激光劃線產生電阻損耗、熱損傷、死區，解決思路主要包括添加隔離層、提高設備精度、優化劃線區域三大方向：

1）大面積薄膜組件需要劃分后將小電池互連，但劃線后也會帶來損耗造成電池效率降低。目前鈣鈦礦分割成小電池主要采用激光劃線，P1、P2、P3三道工藝劃線后使得劃線一側的頂部電極連接到劃線另一側的背面電極，從而形成串聯效果。但是劃線后頂電極和背電極接觸的地方會形成互聯電阻，從而產生功率損耗，且激光劃片過程中產生的熱損傷也會對鈣鈦礦層造成一定程度破環，進而導致效率的降低。目前解決思路主要為提高激光劃線精度并優化劃線區域。2）P2劃線區域鈣鈦礦層與金屬電極接觸，Ag容易與鈣鈦礦在界面處反應生成AgI或AgBr，從而大幅度降低金屬電極的電導率，增大串聯電阻。目前實驗室可通過添加隔離層，減少鈣鈦礦層與金屬電極的接觸可采用光刻工藝添加光刻膠隔離層，防止兩者接觸解決。3）激光劃線過程中會產生不能發電的死區，通過采用高精度的精光設備，可以相當程度上減少死區面積，進而提升大尺寸電池效率。產業化疑慮#2：穩定性差鈣鈦礦穩定性差由環境因素和內部因素共同影響所導致。鈣鈦礦的吸光層的穩定性受環境因素影響，易水解、高溫易分解、溫度變化下相變、光照和氧氣作用下發生光致分解等。同時，吸光層還會與電荷傳輸層和電極材料影響。以正向結構為例，TiO2/ZnO作為電子傳輸層在光照下產生光生空穴催化分解吸光層；Spiro-OMeTAD作為空穴傳輸層易受吸光層碘離子擴散影響而電荷傳輸性能下降，且一般會添加少量有機鹽來優化spiro-OMeTAD的導電性，例如鋰鹽、鈷鹽等，這些添加劑具有較強的吸濕性，極易造成spiro-OMeTAD的性能衰減和鈣鈦礦的分解。電極材料常用貴金屬，但金屬原子易擴散造成吸光層分解，且鈣鈦礦材料具有明顯的離子特性，易發生離子遷移，吸光層的碘離子也會腐蝕金屬電極，如銀金屬電極和鈣鈦礦層中的碘反應生成AgI。材料、結構、工藝協同進步，提供鈣鈦礦穩定性破局之道。目前可從材料配方、結構優化、封裝工藝加強鈣鈦礦器件的穩定性。封裝是給器件提供最外層的保護，目前產業界普遍采用POE+丁基膠的封裝方式，基本解決了外部的水氧因素導致的衰減。針對鈣鈦礦本身內部的不穩定，優化可以從材料和結構兩個方面入手，主要包括各個膜層的材料改性、界面工程、使用復合電極等手段。維度1：加強封裝POE膠膜+丁基膠的封裝方案能有效解決水氧等外部因素導致的不穩定性。鈣鈦礦封裝方式類似晶硅，但在材料的使用上需要采用POE膠膜+丁基膠封邊的形式：

1）EVA不可能100%聚合，未聚合的單體含有羧酸可能與鈣鈦礦吸光層的氨基（比如甲胺中含有氨基）發生反應，故鈣鈦礦封裝需采用POE。此外，POE阻水性遠優于EVA，POE水汽透過率僅2-5g*m^2/day，大幅低于EVA的20-40g*m^2/day并有更強的紫外線穩定性。2）丁基膠的水汽透過率比天然橡膠少了超過一個數量級，使用丁基膠進行邊緣封裝將進一步減少水汽入侵。據賽伍技術實驗，傳統硅膠的水汽透過率為84g*m^2/day，而使用丁基膠后水汽透過率僅為0.25g*m^2/day。維度2：材料改性材料配方包括吸光層、電荷傳輸層和電極材料的改良，主要優化包括：

1）吸光層：鈣鈦礦吸光層較不穩定，可混合比如具有更小離子半徑的Cs+，提升FA+和碘化物之間的相互作用，但提高Cs+含量會效率會有一定程度下降，需要進行權衡與優化。2）空穴傳輸層：目前常用的空穴傳輸層有摻雜后的Spiro-OMeTAD、PEDOT:PSS。但是摻雜后的Spiro-OMeTAD吸水性強，不穩定，PEDOT:PSS價格低廉且導電性能良好，但其本身呈現弱酸性，會腐蝕基底及鈣鈦礦材料，影響器件穩定性。目前產業端多換無機材料，比如氧化鎳，但會導致效率出現一定下降。3）電子傳輸層：傳統的TiO2/ZnO作為在光照下產生光生空穴催化分解吸光層。SnO2不易受光分解，且帶隙寬、吸濕性低和酸容忍性好，目前SnO2應用于電子傳輸層已較多。維度3：結構優化鈣鈦礦電池是類三明治結構，且鈣鈦礦層是離子晶體，很難避免離子遷移的問題，中間的鈣鈦礦材料很容易受到相鄰電荷傳輸層的影響，空穴傳輸層和電子傳輸層也分別會受到來自陽極和陰極的影響。當前主流解決思路包括兩大類：

1）通過在鈣鈦礦電池中加入緩沖層方法，可有效降低相鄰層之間的影響：解決內部穩定性需要重點解決離子遷移問題，離子遷移需要通道，目前實驗室已有增加緩沖層提高器件穩定性研究，未來單獨備制緩沖層是可行的發展方向，但由于額外備制膜層會增加成本，目前產業界尚未有廠商采用加入緩沖層的工序。2）備制復合電極：Ag在界面處與鈣鈦礦層擴散的碘離子形成AgI，目前復合電極一般做成ITO-銅-ITO結構，ITO直接跟組件結構接觸，避免出現離子移動，此外，ITO的導電性能不是很好，而通過加入銅能提升其導電性能。鈣鈦礦降本增效空間較大，未來空間星辰大海提效：短期多種提效路徑并行，長期疊層打開效率天花板鈣鈦礦電池的實驗室效率和產業界效率均有較大提升空間，實驗室端，單結實驗室效率現在最高為25.7%，由韓國蔚山國家科學技術研究所實現，產業端，頭部鈣鈦礦參與者單結中試線仍在15%-16%左右，年內有望提升至18%，離鈣鈦礦理論效率天花板仍有較大空間。短期內，我們預計配方優化、材料改性等多種提效路徑將并行，長期看，疊層是提效的終極手段，打開鈣鈦礦效率天花板。短期：配方優化、材料改性、界面修飾、鈍化層等提效手段齊頭并進1）配方優化。當前鈣鈦礦層配方尚未定性，學術界和產業界各家都在積極探索過程中，鈣鈦礦材料帶隙隨配方不同可調整，通過不斷調整材料體系可以使鈣鈦礦層帶隙向最優帶隙靠攏，進而獲得更高的發電效率，此外，也可以通過摻雜方式實現效率提升。2）材料改性。以介孔結構為例，目前常用的電子傳輸層（c-TiO2）和介孔層（m-TiO2）的微觀結構都是球形粒子，有著堆積密度高、致密性好的優點，但缺點是效率不足。因此可以引入一維結構的粒子，其導電性更好、電荷傳輸能力更強。3）備制鈍化層。實驗室已有通過添加鈍化層的方式來進行界面修飾的方案，其目的是減少界面缺陷帶來的效率損失，進而提升效率。目前產業界廠商一般將鈍化材料添加在鈣鈦礦前驅體溶液中進行鈍化，隨著后續對效率追求越來越高，鈣鈦礦GW級別大規模量產后，單獨備制鈍化層工藝有望于產業界也逐步導入。長期：疊層提效是鈣鈦礦提效的終極手段疊層結構是指不同光學帶隙的電池進行堆疊，寬帶隙電池作為頂電池吸收較高能量光子，窄帶隙電池作為底電池吸收較低能量光子，實現子電池對太陽光譜分段利用。根據疊層電池的數量可分為雙結、三結、四結等。目前結數最高為美國國家可再生能源實驗室發布效率47.1%的六結電池（砷化鎵），未來進一步優化后有望突破50%。雖然電池結數可以增多，效率可以提升，但成本增加也難以忽略，目前常規的結構是兩結疊層，分為鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層與鈣鈦礦/晶硅疊層兩類。兩端結構簡單，成本更低，工藝難點突破后更具大規模應用潛力。按照堆疊方式可分為兩端和四端疊層電池。四端疊層電池由兩個獨立的電池堆疊，通過外電路連接，制備簡單。但是，加倍的金屬電極消耗和組件端工藝復雜性限制了大規模應用前景。兩端疊層電池包括兩個順序制備的子電池和與二者相連的互聯層，結構更加簡單，電池器件和組件的制作成本更低，但是需要精巧的設計（如頂電池與底電池之間的光學耦合、制備工藝兼容性，互聯層光學和電學的平衡等）才能實現高效率，備制難度較四端子更高。當前晶硅疊鈣鈦礦為主流，全鈣鈦礦疊層主要為仁爍光能布局。目前鈣鈦礦/晶硅疊層電池為主流：①杭蕭鋼構（合特光電）預計5月10日投產百兆瓦鈣鈦礦HJT疊層電池，目標電池效率28%；②寶馨科技設立合資公司西安寶馨光能科技有限公司，負責開展鈣鈦礦-異質結疊層電池技術的研發，核心團隊為西安電子科技大學張春福教授、朱衛東副教授；③

皇氏集團與深圳黑晶光電技術有限公司簽署合作框架協議，共同推進TOPCon/鈣鈦礦疊層電池產品技術的研發、生產及產品應用，預計2023年效率達到26%以上、2024年達到27%以上、2025年達到29%以上，最終目標實現36%以上。全鈣鈦礦疊層則以仁爍光能為領軍企業，2022年10MW中試線已投產，150MW量產線正處于建設階段，公司預計將23年投產。降本：降本空間較大，大規模量產后成本可降至0.6-0.7元/W，僅為晶硅極限成本的60%-70%鈣鈦礦降本空間較大，5-10GW級量產線的成本有望下降至0.6-0.7元/W，僅為晶硅極限成本的60%-70%。目前鈣鈦礦仍處于產業化的前期，尚未量產，成本較高。但鈣鈦礦降本空間廣闊，具體可分為材料、能動、人工等成本下降帶來的直接降本與效率提升攤薄成本帶來的間接降本。我們預計隨著材料端、設備端、能動與人工的降本持續推進，加之效率提升帶來的成本攤薄，未來5-10GW級量產線的成本有望下降至0.6-0.7元/W，進而帶動下游電站LCOE降低，遠期看鈣鈦礦LCOE將低于晶硅極限LCOE，打開光伏發電降本天花板。直接降本：材料、能動、設備投資額均有較大下降空間降本因素#1：TCO玻璃TCO玻璃透光導電，FTO取代ITO成主流。鈣鈦礦的玻璃為TCO玻璃，主要起透光和導電作用。鈣鈦礦電池初期使用ITO玻璃作為前電極，但逐漸被FTO取代。盡管FTO其導電性能比ITO略差，但具有成本低、激光刻蝕容易、光學性能適宜等優點，已成為TCO玻璃主流。國內曾生產TCO玻璃，因薄膜勢微而關停產線。在十多年前的薄膜電池浪潮中，我國玻璃廠商生產過TCO玻璃，但由于薄膜電池與晶硅電池的后續競爭中性價比落后，硅料價格下跌導致晶硅電池性價比提升，薄膜電池需求下降，TCO玻璃產量較小或產線關停。電池廠規模化采購與TCO玻璃廠再度擴產后，預計TCO玻璃價格將出現較大下降。1）需求端，當前鈣鈦礦電池商產線規模小，小批量采購價格較高，隨著鈣鈦礦電池擴產，規模化采購后價格將下降。2）供應端，TCO玻璃廠擴產也也會帶來FTO玻璃供應量上升，價格下降。過去國內廠商有過生產TCO玻璃的經驗，且根據金晶科技對玻璃產線的改造升級來看，產能擴張不是難題。隨著鈣鈦礦的GW級別量產和產能擴張，鈣鈦礦廠商對FTO需求增加，吸引上游玻璃廠商入局，FTO玻璃有望實現大規模量產，最終成本將下降。降本因素#2：材料鈣鈦礦材料本身相較晶硅具有純度要求低（純度要求僅95%，低于晶硅的99.9999%）、材料多樣可設計性強（A、B、X位均有較多選擇）、吸光系數高厚度薄（吸光層厚度0.3nm，晶硅最薄120um）等優勢，因此原料用量少，價格便宜，不存在晶硅原材料的緊缺問題，鈣鈦礦層成本占比很低。兩層電荷傳輸層與金屬電極為材料成本大頭，規模化生產后材料成本有望下降，并且隨著原材料的不斷更換實現效率提升帶來的成本攤薄和更便宜的材料體系。降本因素#3：設備當前設備投資額較高，預計未來成本將降至當前的1/2。目前100MW線設備投資額1.2億元左右，即單GW投資額12億，主要由于目前鈣鈦礦設備仍處于探索期，以定制化需求、試驗性需求為主，設備產能也較小。單GW設備投資額約12億中涂布設備/PVD/RPD占大頭。根據協鑫光電環評書，其100MW大面積鈣鈦礦光伏組件生產線主要包括2臺涂布機，3臺鍍膜設備（2臺PVD設備和1臺RPD）以及4臺激光機。我們預計每臺涂布機/PVD設備/RPD設備/激光機的價格分別為1500/2000/3000/300萬元，對應每100MW的總設備金額分別為3000/4000/3000/1200萬元，價值量占比分別為25%/33%/25%/10%。未來設備成本有望降至5-6億/GW，較當前下降50%。以協鑫光電為例，其100MW產線設備投資額1.6億（2019年建成，故設備成本較當前稍高），其中1億用于規劃改造。待確定設備類型并規模化量產后，一方面改造升級的1億元可以節省，同時單臺設備的產能逐步提升，規模效應逐步顯現，成本有望大幅降低；另一方面鈣鈦礦產業鏈短，不同于晶硅需要硅料、硅片、電池、組件多環節生產加工，鈣鈦礦組件可由單一工廠直接制成，生產高度集中化，成本下降空間更大，未來單GW投資額有望降到5-6億元。降本因素#4：能耗低溫備制工藝、低純度要求決定鈣鈦礦能耗較晶硅低。鈣鈦礦對原料純度要求低，且可使用低溫工藝，最高溫度僅150℃；而晶硅對原料純度要求高，需要經過反復提純，最高工藝溫度達1200℃，根據我們測算，從工業硅到組件晶硅全產業鏈電耗約0.31KWh/W，而鈣鈦礦能耗為0.12KWh/W，單瓦能耗不到晶硅的10%。電價上，目前鈣鈦礦工廠主要分布在東部沿海等電價較高的地區，未來規模化與搬遷至中西部低電價地區后，能耗成本將進一步下降。間接降本：提效全面攤薄成本效率提升帶動組件成本與度電成本下降。當前鈣鈦礦效率15%-16%左右，根據極電光能、協鑫光電等廠商規劃，到2023年平米級鈣鈦礦光伏產品將實現18%左右的效率，24年GW級別產線效率將提升至20%-22%，遠期大規模量產后，效率有望提升至25%。效率提升將帶來材料、能耗、設備折舊等成本的全面攤薄，我們預計100MW級產線量產后成本將控制在1.2元/W左右，1GW級在0.9元/W左右，未來產量足夠大時（5-10GW量產）有望到0.7元/W以下。鈣鈦礦打開光伏降本天花板，遠期大規模量產后LCOE較晶硅更優鈣鈦礦GW級別量產LCOE可做到與PERC持平，遠期大規模量產后將全面優于PERC，我們判斷鈣鈦礦LCOE從追平到優于晶硅可分為三個階段。1）階段一：鈣鈦礦百兆瓦級量產后，轉換效率達到18%，若組件壽命能達到15年，則鈣鈦礦LCOE可以基本打平PERC電站當前LCOE。2）階段二：晶硅電池極限成本約為1元/W，假設一體化毛利率為15%，則對應約1.2元/W左右的售價（不含稅）。以PERC電池23.5%效率，組件21%功率測算，25年晶硅電站度電成本約為0.27元/W。鈣鈦礦GW級別量產時效率為20%，組件成本0.94元/W，假設一體化15%毛利率，則組件價格對應1.10元/W，假設鈣鈦礦電站壽命15年，則鈣鈦礦LCOE已經打平PERC電站LCOE降本極限。3）階段三：鈣鈦礦遠期大規模量產后（5-10GW級別量產）成本有望降至0.67元/W，對應鈣鈦礦組件價格將降至0.79元/W，僅為晶硅極限的65%左右，按15年壽命計算，對應電站的LCOE為0.24元/W，低于晶硅電站LCOE降本極限。從0到1進行時，2024或成鈣鈦礦量產元年設備：國產廠商陸續完成出貨交付鈣鈦礦電池核心設備主要包括真空鍍膜設備、激光設備和涂布設備。鍍膜設備部分國產設備即將進入生產階段。以晟成光伏為例，公司的團簇型多腔式蒸鍍設備已完成量產，并成功應用于多個客戶端；涂布設備中德滬涂膜走在行業前列，公司鈣鈦礦核心涂膜設備全球市占率第一；激光設備中邁為、杰普特、帝爾激光相關激光設備均迎來出貨交付階段。電池：當前產業以百兆瓦級為主，2024或成鈣鈦礦量產元年目前產線多為兆瓦級，2024有望實現GW級落地。現階段鈣鈦礦技術尚處于探索期，產能規模多為兆瓦級的中試線。2020-2021年，行業領先參與者如協鑫光電、纖納光電和極電光能開始了百兆瓦級中試線的建設，雖有組件陸續得以生產，但整體成品的穩定性、光電性仍需測試，生產線的工藝流程仍需不斷完善。新晉參與者如奧聯電子、寧德時代、曜能科技、合特光能也紛紛加碼鈣鈦礦新技術，積極推進兆瓦級中試線的建設。協鑫光電：領跑鈣鈦礦賽道，首條大面積鈣鈦礦產業線將迎來量產昆山協鑫光電材料有限公司成立于2019年，隸屬全國新能源行業領先企業協鑫（集團）控股有限公司，主要負責鈣鈦礦太陽能組件的研發與生產。公司是全球唯一一家取得鈣鈦礦組件實用化產品商業認證的企業，在鈣鈦礦太陽能組件的研發和生產方面全球領先。截至2022年6月，公司累計申請專利106項，其中發明專利58項，實用新型專利47項，外觀設計專利1項。鈣鈦礦行業龍頭廠商，大面積組件效率紀錄創造者。在鈣鈦礦電池領域，協鑫光電于2019年完成了尺寸為45cm×65cm的鈣鈦礦組件效率認證，經全球最權威的光伏組件商業認證機構TüVRheinland認證，效率達15.31%（現已經提升至17%），是目前為止全球面積最大、組件效率認證最高的鈣鈦礦組件。全球首條大面積鈣鈦礦中試線進展順利，預計23年產線跑通。2020年，協鑫光電開始在昆山平謙國際產業園建設全球第一條100MW鈣鈦礦光伏組件量產線。2021年9月，該鈣鈦礦光伏生產線已經建設完成。2022年5月13日，協鑫光電宣布完成數億元人民幣B輪融資，此次融資將用于進一步完善公司100MW鈣鈦礦生產線和工藝。根據公司規劃，23年100MW產線有望達產，效率將達到18%。百兆瓦級產線跑通后將啟動GW級建設計劃，公司預計24-25年GW級產線建成，量產效率達到20%-22%。纖納光電：鈣鈦礦頭部參與者，鈣鈦礦組件全球首發纖納光電成立于2015年，是全球知名的鈣鈦礦光伏技術領軍企業，總部設在杭州，在浙江省內有多個分支機構，致力于“鈣鈦礦前沿技術、鈣鈦礦材料研究、相關產品及高端裝備的設計研發、低碳制造和市場化應用”，逐步構建創新、綠色、安全、高效的鈣鈦礦清潔能源體系。公司堅持自主創新，先后7次刷新了鈣鈦礦太陽能組件光電轉換效率的世界紀錄，獲得全球首個鈣鈦礦組件穩定性認證及多倍加嚴認證；全球累計申報了300多項知識產權專利。鈣鈦礦組件全球首發。2022年5月20日，纖納光電進行了鈣鈦礦α組件全球首發儀式。這條全球首個百兆瓦級0.6m*1.2m鈣鈦礦組件產線有其獨特優勢：公司為這條產線配置了全球首個適合鈣鈦礦生產工藝流程的智能大腦，全自動設備與眾多機械臂穿插配合，每40秒就能制造出一片α組件，實現了高效、穩定、節能的連續生產。極電光能：鈣鈦礦行業先行者，GW級鈣鈦礦產線24年有望落地極電光能起源于長城控股集團，2018年開始鈣鈦礦技術研發，2020年4月落地無錫。極電光能是一家專業從事鈣鈦礦光伏、鈣鈦礦光電產品研發和制造的創新型高科技企業。公司研發團隊由歐洲雙料院士領軍，國內外資深鈣鈦礦專家、光伏產業化技術專家共同擔綱，技術研發實力雄厚，已累計申請核心技術專利80余項，其中近90%為發明專利。組件效率不斷提高，鈣鈦礦量產化技術日趨成熟。2021年，極電光能在63.98cm2的鈣鈦礦光伏組件上實現20.5%的光電轉換效率；22年4月，又在300cm2的大尺寸鈣鈦礦光伏組件（SubM