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（报告出品方/作者：西部证券，杨敬梅、董正奇）
一、钙钛矿电池：第三代太阳能电池，产业化进行时1.1现有技术进入瓶颈期，钙钛矿有望成为下一代光伏电池
太阳能电池是指可以有效吸收太阳能，并将其转化为电能的半导体部件。截止目前，太阳能电池经历了三次迭代：第一代，包括单晶硅、多晶硅在内的硅基太阳能电池。该电池发展成熟，应用广泛，但必须使用高纯硅，造价高，制备过程成本高，产业化运用受到制约，PERC量产转化效率达到23.1%，TOPCon量产效率目前达到25.3%以上，HJT达到25.5%以上；第二代，包括碲化镉（CdTe），砷化镓(GaAs)，铜铟镓硒化合物在内的薄膜太阳能电池。较晶硅电池，薄膜电池能容忍较高的缺陷密度，制作成本相对低，易产量化，但其原料部分元素地球储量少且严重污染环境，碲化镉电池量产转化效率达到16.6%；第三代，包括染料敏化电池、钙钛矿电池、量子点太阳能在内的新型太阳能电池。制备工艺简单，成本低，原料地球储量大且转化效率高，但仍处于初级阶段，稳定性较弱。
PERC电池进入瓶颈期，需要增加修饰层来进步。例如目前的晶硅电池N型技术中TOPCon便是在晶硅的基础上增加更多的修饰层，以达到增加转换效率的目的。而硅基、薄膜太阳能电池具较高的载流子迁移率，但材料的吸光性能差，消光系数低,需要采取极薄半导体吸收层来弥补不足;第三代太阳能电池兼顾效率与成本，极具发展前景。第三代电池技术中，有机太阳能电池虽具有很好的吸光性能,但载流子迁移率极低，染料敏化太阳能电池虽在弥补硅基太阳能电池、薄膜太阳能电池和有机太阳能电池的各自不足方面取得了显著的成效，但仍面临吸收层厚度至少要在10μm以上、难以克服的光漂白现象以及稳定性差等问题。而相对来说，钙钛矿电池性能优良，具有诸多优势，是太阳能电池极具发展前景的下一代。
钙钛矿材料是具有????????型结构的一类晶体材料，一般为立方体或八面体结构。广义的钙钛矿其实是指具有????????型的化学组成的化合物。其中A（A=????2+，????+，????2+，????2+，??+，????2+，????2+等）是大半径的阳离子，B（B=????4+,????4+,????4+,????3+,????5+等）是小半径的阳离子，X（X=???,?????,?????,???,??2?等）为阴离子。??????3钙钛矿结构中，其中B与X形成正八面体对称结构,位于八面体的中心,形成????6立方对称结构,A分布在八面体组成的中心形成立方体，晶体结构稳定。目前正在产业化的钙钛矿单结电池中，A位目前多数采用甲醚，B位一般采用铅或稀土元素，X位一般采用碘元素掺杂部分的溴。
典型的????????有机-无机钙钛矿材料中，A位为有机阳离子，如甲铵离子，甲脒离子，占据正方体的八个定点；B位为二价金属离子，如????2+，????2+等，处于正方体的体心；X是卤素离子，如?????,?????,???，占据面心。离子半径较恰当，尺寸较小的有机离子可以调节无机离子之间的空隙，无机卤化金属就可以构成连续的八面体骨架，形成较为规整的近似于立方体的晶体。由于堆叠紧密所得的三维连续结构拥有较窄的带隙。这种有机-无机杂化的方式与传统的杂化材料不同的是在分子尺度的复合，因此能够结合有机材料和无机材料各自性能上的优势。最常用的纯碘的钙钛矿材料（??????????3），带隙约为1.55eV，对应的吸收带边为nm，可吸收整个可见光谱内的光子，且吸收系数高。有机基团的存在使材料能有溶于常见的有机溶剂，性质可通过改变有机离子尺寸而调节，因此有机-无机钙钛矿材料非常适合作为太阳能电池的吸光层。
1.2钙钛矿电池主流结构为平面反式结构
钙钛矿太阳能电池（PSCs）以钙钛矿材料为吸光材料，其结构有介孔和平面两种。介孔结构钙钛矿电池以致密??????2为电子传输材料,介孔??????2为框架,在其表面生长????3????3??????3后,沉积p型半导体材料作为空穴传输层。
单结钙钛矿电池主要有三种结构，分为正式介孔、正式平面和反式平面结构，反式平面结构优势较大。根据是否有介孔层，可将钙钛矿电池分为平面和介孔结构，介孔层既可以作为支架辅助钙钛矿生长，又可以加快载流子的传输，但其尺寸不易控制，成本较高。平面结构中根据电子传输层和空穴传输层的位置相反分为正式和反式结构，其中，反式结构的钙钛矿电池制备简单、成本低，并且无需高温烧结，是目前的主流结构。
二、钙钛矿产业化渐行渐近，但仍存在挑战钙钛矿太阳能电池（PSCs）属于第三代高效薄膜电池，凭借转换效率高和制作成本低的优势，被誉为“光伏领域的新希望”。钙钛矿还可以与晶硅或不同钙钛矿材料组成叠层电池，实现转换效率的进一步跃升，发展前景广阔。同时，钙钛矿太阳能电池在产业化道路面临的发电效率不稳定、大面积制备难、环境污染风险大的问题也在解决当中。
2.1钙钛矿转换效率高，且效率提升速度更快
叠层电池理论转换效率高。传统的单结钙钛矿电池只有一个pn结，而对于钙钛矿叠层电池，由于其钙钛矿带隙宽度可调，可制备2结、3结及以上的叠层电池，其中2结叠层电池有钙钛矿-钙钛矿和钙钛矿-晶硅叠层电池两种，转换效率可提高到40%左右，3结及以上钙钛矿叠层电池的理论转换效率更是能达到50%左右。钙钛矿电池光电理论转化效率明显高于晶硅类太阳能电池。单结钙钛矿太阳能电池当前最高光电转换效率达25.7%，理论转化效率可达31%。异质结/钙钛矿叠层电池理论极限效率可突破40%，高于单结晶体硅太阳能电池理论极限效率29.43%。如果掺杂新型材料，叠层钙钛矿电池的转换效率最高能达到的50%，是目前晶硅电池的2倍左右。由此可见钙钛矿太阳能电池的效率提升空间非常大。根据Shockley-Queisser理论，单结太阳能电池吸光材料的禁带宽度为1.34eV时，其理论光电转换效率可达33.7%，通常认为吸光层材料的最优带隙为1.3-1.5eV，越接近于此效率越高。目前最常用的钙钛矿材料??????????3和??????????3的禁带宽度为1.5-1.6eV，非常接近于最优带隙，其理论最大光电转化效率均处于30%以上，因此钙钛矿是一种十分理想的新型光电材料。
钙钛矿效率提升速度比晶硅更快。钙钛矿太阳能电池效率提升速度快，年诞生时效率为3.8%，年SangSeok结合两步法旋涂成膜将效率提高到22.1%，年JunHongNoh等通过一种无溶剂固相反应的方法将效率提升到24.35%，年蔚山先进能源技术研究开发中心和洛桑联邦理工学院将胶体QD-SnO2牢固地连接到c-TiO2表面，形成了连续、薄和共形的SnO2层，基于双层电子传输层将效率提升到了25.7%。而晶硅电池效率在年达到22.8%后，之后近四十年没有很大的突破。从年的3.8%提升至目前的25.7%，钙钛矿电池效率提升速度远高于晶硅电池，其核心原因是钙钛矿电池材料的可设计性强。光伏应用中的钙钛矿材料是人工设计的晶体材料，选择灵活，可以通过人工设计不断寻找性能更好、成本更低的材料，不断改进设计从而提升电池性能。而晶硅材料只能提纯、结构不能改变。因此，钙钛矿太阳能电池与晶硅电池的竞争，是成千上万种钙钛矿材料和一种晶硅材料的竞争。
钙钛矿可以与HJT、TOPCon等晶硅电池组成叠层电池。硅的带隙为1.12eV，典型的甲胺铅碘(????????????????????)钙钛矿带隙为1.55eV，当用?????部分取代???调节钙钛矿吸收层的带隙至1.7eV时，预期可以获得35%的效率，极限效率可达60%。目前钙钛矿/晶硅叠层电池实验室效率达到了29.8%。TOPCon与钙钛矿叠层是另一种钙钛矿/硅叠层电池路线。目前国际上基于隧穿氧化硅钝化解除(TOPCon)底电池的钙钛矿/晶体硅叠层太阳电池的最高效率是28.2%，该器件采用了与产业化相兼容的黑硅纳米绒面和TOPCon结构的设计。不同材料的钙钛矿也可组成叠层电池。通过调整卤素占比可以获得不同组分钙钛矿材料，对应钙钛矿材料的带隙和能级分布也各不相同，还可实现带隙连续调控，这决定了钙钛矿可以广泛应用在发光、光伏、光探等各个领域。钙钛矿/钙钛矿叠层电池的效率比钙钛矿/晶硅叠层电池稍低，但也有经认证的产品达到60%的极限效率。目前钙钛矿/钙钛矿叠层电池实验室效率达到了28%。
相比晶硅电池，钙钛矿电池除效率优势外，还更轻薄，能透光，柔性好，短波长范围内吸光能力强。钙钛矿和其它类型太阳能电池集成以后可以捕捉和转换更宽光谱范围的太阳光。通过叠层的钙钛矿，太阳能光谱被分成连续的若干部分，波长最短的光被最外边的宽带隙材料电池吸收利用，波长较长的光能透射进去让较窄能带隙材料电池吸收利用，最大限度将光能转化为电能，从而提升电池转换效率。
近年来钙钛矿产业化效率呈现逐步上升趋势。年协鑫光电实现.16????2面积15.31%的效率，同年纤纳光电????2尺寸的钙钛矿组件实现14.3%的效率，华能集团年实现????2组件18%的效率，年实现????2面积电池15.5%的效率。年极电光能????2大尺寸组件实现18.2%的效率，同年协鑫光电尺寸为1m*2m的组件下线，在工艺和产能稳定后，预计量产组件效率将超18%。目前产业化效率距离钙钛矿单结电池理论极限效率(超30%)还有较大提升空间，产业端、研发端针对钙钛矿电池的研发投入逐年增加，随着钙钛矿可设计性晶体配方以及工艺逐步优化，产业化效率将稳步提升。根据CPIA预测，玻璃基中试组件最高转换效率(????2)年19.3%、年20%、年22%。
2.2钙钛矿原材料易得且制造产业链明显缩短
生产过程：钙钛矿电池生产过程较晶硅电池更加经济，产业链明显缩短，原材料到组件仅需45分钟。钙钛矿电池组件制备可由单一工厂完成，而晶硅电池生产中，硅料、硅片、电池片和组件四个环节须在不同工厂加工完成，钙钛矿较之生产过程更加集中、经济。协鑫纳米披露，钙钛矿太阳能电池的生产流程简单，可在45分钟内将玻璃、胶膜、靶材、化工原料在单一工厂内加工成为组件，产业链显著缩短，价值高度集中。根据纤纳光电、协鑫纳米、牛津光伏等三家公司公布的数据，以达到1GW产能需要的投资金额来对比，晶硅电池在四个不同工厂内分别加工硅料、硅片、电池、组件，此过程需要至少耗时3天，晶硅的硅料、硅片、电池、组件全部加起来，需要大约11.6亿元的投资规模，而钙钛矿实现1GW产能需要的投资金额约为5亿元左右，是晶硅的1/2左右，比起投资更高的第二代GaAs薄膜太阳能电池，成本更是只有1/10。
产能投资：钙钛矿电池产能投资明显低于晶硅电池。据协鑫光电披露，1GW产能下，钙钛矿投资仅需5亿元，晶硅需11.6亿元；MW中试线单W成本低于1元；扩产后，1GW产线单W成本下降至0.7元，随着产能规模增大，成本不断下降。而目前在晶硅产业链全一体化的情况下，单瓦成本预计仍在1元左右。制备成本：钙钛矿制备条件温和，有效降低成本。电池核心材料复合钙钛矿材料可通过温和条件制备,如涂布法、气相沉积法以及混合工艺等,工艺简单、制造成本低、能耗低、环境友好。原料：PSCs原材料纯度要求低且十分易得，用量亦低于晶硅类。钙钛矿太阳能电池的原材料均为基础化工材料，不含稀有元素。晶硅类太阳能电池对硅料纯度要求需达99.%，而钙钛矿材料对杂质不敏感，纯度在90%左右的钙钛矿材料即可制成转换效率在20%以上的太阳能电池，95%纯度的钙钛矿即可满足生产使用需求，原材料更加易得。晶硅类太阳能电池的生产每年约需要50万吨硅料，而若全部替换为钙钛矿太阳能电池，大约只需要0吨钙钛矿原料，因此PSCs不存在原材料瓶颈。
硅料价格的持续上涨使得下游电池和组件厂商利润承压均出现一定程度的下滑。而PSCs制作过程无需硅料，制作金属卤化物钙钛矿所需原材料储量丰富，价格低廉，且前驱液的配制不涉及任何复杂工艺，对纯度要求不高，后续组件对加工环境要求也不高，组件生产过程不需要晶硅电池的千度左右的加工温度，在生产过程中的能耗比较低，多数环节也不需要真空环境。目前，钙钛矿组件成本结构占比最多的是电极材料，达37%，钙钛矿自身材料成本占比仅为5%，钙钛矿组件未来仍有较大的降本空间。
PSCs可低温溶液制备，单瓦能耗仅为晶硅的1/10。钙钛矿太阳能电池只需通过简单的旋涂、喷涂、刮涂等溶液工艺实现成膜，整个生产过程温度不超过℃，较晶硅材料制备所需的最高工艺温度℃极大降低了生产能耗。制造1瓦单晶组件的能耗大约为1.52KWh，而每瓦钙钛矿组件的生产能耗仅为0.12KWh，单瓦能耗仅占晶硅的1/10。
PSCs组件单W成本约0.5元，仅为晶硅极限成本的50%。在钙钛矿单片组件成本结构中，钙钛矿占比约5%，玻璃及其他封装材料占比32%，电极材料占比37%，理论总成本约为0.5-0.6元，仅为晶硅极限成本的50%。
2.3稳定性、大面积制备与环境污染为目前主要挑战
目前钙钛矿太阳能电池的T80寿命（效率下降到初始值的80%）约小时，距当前主流光伏技术的25年寿命相差甚远。从原因来看，钙钛矿太阳能电池不稳定的原因可以分为吸湿性、热不稳定性、离子迁移等内在因素，和紫外线、光照等外在因素。钙钛矿电池多采用氧化钛做致密层或纳米多孔载体层，这种结构导致其稳定性对紫外光照较为敏感。
由于钙钛矿材料的可设计性，研发人员提出了各种应对方案解决稳定性问题。针对热稳定性和化学稳定性，发展了全无机钙钛矿材料；针对水和高湿度不稳定性，引进了长链有机分子，发展了二维钙钛矿材料等；常用的锂盐掺杂的Spiro空穴传输层的稳定性比钙钛矿层还要低，因此提出了采用高稳定的无机材料替代有机功能层材料的解决方案；为应对扩散和离子迁移，提出了发展表面阻挡层、封装、“零维”钙钛矿材料等方案。
目前PSCs大面积模块的效率仍远低于小面积，是制约产业化的另一难题。小面积电池与大面积模块之间存在显著的效率差距的原因主要有：（1）溶液处理法下大面积薄膜的覆盖率、均匀性、平整度控制难度更高；（2）尺寸增大时，钙钛矿层的缺陷也增加，对光诱导载流子的提取和传输产生负面影响；（3）透明电极的电阻随面积增大而近似线性增加，使电池的串联电阻增加，性能下降。高质量均匀大面积薄膜的制备方法有待突破。溶液旋涂法是实验室制备PSCs的常用方法，虽然操作简单、成膜速度快、重复性好，但无法满足钙钛矿太阳能电池大规模工业化生产所需要的大面积、低成本等制造要求。目前常用制备大面积钙钛矿生产工艺主要有刮涂法、狭缝涂布法、喷涂印刷、气相辅助沉积技术法等。目前大面积钙钛矿太阳能电池的光电转换效率与旋涂法相比仍存在差距。
含铅钙钛矿存在环境污染风险，也是产业化待解决的问题。在典型的有机金属卤化物钙钛矿电池中含有铅元素，而铅元素一旦泄露会产生严重的环境污染问题，因此铅元素在国际许多国家和地区都被列为禁止使用的材料，与此同时，含铅钙钛矿电池的回收也是重要的研究课题。研究者们在努力向无铅化钙钛矿探索，但相应会带来电池转换效率的降低。但较晶硅行业用铅量来说，钙钛矿太阳能电池用铅量实际更低。虽然硅片不含铅，但晶硅电池的焊带是铜箔涂铅的。每一个标准尺寸的晶硅组件中大概有18克左右的铅，而同样尺寸的钙钛矿组件含铅量不超过2克，仅为晶硅的1/10。根据RoHS标准，晶硅组件中的铅含量不能超过0.1%，而钙钛矿组件中的铅含量不足0.01%，相对于晶硅电池更加环保。
三、量产化步骤基本确定，技术路线多重多样3.1量产化钙钛矿制备步骤基本确定
随着钙钛矿逐步进入量产化，尽管钙钛矿电池还处于产业化比较早期阶段，诸多技术工艺细节尚未定型，但目前单结钙钛矿制备流程基本确定，其中激光切割步骤和结晶步骤为核心步骤，激光切割设备方面目前主流厂商均可以覆盖，而结晶环节来看，由于其原理是各家企业的核心竞争力所在，基本采用定制零部件，厂商自行组装的步骤，例如如何结晶甲醚使其保持稳定，甲胺的掺杂比例等。
3.2钙钛矿薄膜制备方法多样，狭缝涂布为目前主流
各个膜层的制作对于钙钛矿效率起到决定性作用。在钙钛矿电池中，不管是传输层还是钙钛矿层都是薄膜制备，因此工艺选择对其形成膜层的性质起到关键作用，例如良好的钙钛矿层显示出结晶颗粒大，层间晶界较少的状态。干法与湿法工艺多种多样，各有优劣势。由于目前理论上钙钛矿各层材料均有多重选择，因此其基本都可以使用干法或是湿法工艺进行制作，而在近年逐步商业化的过程中，不仅成型后材料的稳定性与均匀性需要纳入考虑，经济性也成为重要的考量因素。从目前产业的实践来看，干法可以获得质量更优的钙钛矿层，而湿法工艺经济性更强。
湿法工艺中多采用两步溶液沉积法，狭缝涂布为主流。其中湿法工艺（溶液法）主要包括一步溶液沉积法和两步溶液沉积法，干法工艺则包括气相辅助溶液法，双源蒸镀法等。湿法工艺中的两步溶液沉积法相对经济性更高，而干法工艺质量相对更好，但设备价格较为昂贵，同时材料利用率低。而从设备工艺分类角度来看，目前主要采用狭缝涂布方法，其基本原理为涂布胶液由存储器通过供给管路压送到喷嘴处，并使胶液由喷嘴处喷出，从而转移到涂布的基材上。其优势在于1）可以通过控制系统进行狭缝宽度、移动速度和输液速度的调整，达到更精细化控制的目的。2）溶液密封在储液罐中，溶液利用率高。3）减少操作人员的影响。
蒸镀膜层可控性较高，2T叠层需要蒸镀配合。物理气相沉积法主要分为真空蒸发镀膜、真空溅射镀膜、真空离子镀膜。在钙钛矿层制备中，主流使用方法为蒸发镀膜，简称蒸镀法。从价格来看，假设考虑相同产能，由于涂布设备采用湿法镀膜速度更快，因此会比使用蒸镀设备的干法更为便宜。但目前产业界开始考虑蒸镀设备的主要原因有两点：1）蒸镀法可以比较精确的控制膜厚，膜层致密性、均匀性也较好，适合大面积制作钙钛矿层。2）干法对基底兼容性高，可以做绒面，这一点适合直接在晶硅表面制作的2T结构钙钛矿/晶硅叠层。
3.3电子传输层适合RPD，空穴传输层适合PVD
根据膜层使用的材料，制备透明导电薄膜、空穴传输层、电子传输层、电极可使用PVDRPD镀膜设备。部分企业钙钛矿电池包含阳极缓冲层、阴极缓冲层设计亦可使用镀膜设备。PVDRPD设备技术相对成熟，在HJT已有应用。PVD设备：采用直流磁控溅射的方式，氩气离子在电场与磁场引导下达到靶材上，将靶材原子分子溅射到衬底以制备透明氧化物导电薄膜，可以采用自上朝下或自下朝上的沉积结构。设备价格便宜，镀膜膜厚均匀易控制，工艺稳定可控，重复性较好，靶材寿命较长，适合连续生产，但离子轰击可能对其他膜层造成损伤。RPD设备：使用等离子体经磁场偏转后轰击到靶材上，等离子束将靶材原子分子轰击出来，升华后沉积到样品上形成透明导电薄膜。RPD工艺具有低离子体轰击损伤、低沉积温度、高解离率、具有大面积沉积和高镀膜速率。目前RPD设备售价相对较高。
主流企业目前尝试的是用原料靶材真空镀膜的方式制备，包括协鑫光电、极电光能、众能光电等企业均选用这一工艺路线。RPD对薄膜损伤较小，因此被更多用于钙钛矿膜层直接上方膜层的沉积制备(即平面反式结构中的电子传输层，或平面正式结构中的空穴传输层)，以降低传输层制备对已沉积完成的钙钛矿膜层的损伤。但目前也存在另外的解决方案，例如ALD、蒸镀、湿法涂布等。其中ALD作为新兴的沉积技术，可以解决蒸镀中的晶格缺陷和成分均匀性问题，实现原子级的精确度和无孔隙薄膜，同样存在产业化潜力。
3.4电极层主要使用TCO玻璃，FTO经济性更强
TCO玻璃目前主要采用PVD制备，FTO经济性更强。钙钛矿的透明导电基底作为其他材料的载体，光线由此射入，将收集到的光电子传送至外电路。目前一般采用氧化铟锡导电玻璃（ITO），而未来有可能替换方案为氟掺杂的氧化锡导电玻璃（FTO）或是掺杂铝的氧化锌（AZO）。从经济性与导电性对比来看，尽管FTO的导电性相对较差，但其FTO的经济性更强，更有希望实现量产化，AZO材料价格相对ITO同样价格较低，导电性也较FTO更强，但目前其大规模镀膜制备仍存在问题。目前ITO玻璃主要采用PVD的方法制备。
底电极目前产业化完备，基本可直接购买使用，但相对光伏玻璃成本较高。由于HJT电池等已有技术需求TCO玻璃，目前底电极材料中的TCO玻璃已经具有完备的产业化基础，钙钛矿企业基本可以直接购买使用，但相对晶硅电池使用的普通光伏玻璃而言其价格昂贵，以目前的26元/平方米的价格而言，TCO玻璃的价格在50元/平方米以上。后续仍需继续降本，例如HJT中的三叠层降铟方案等。顶电极基本采用TCO材料，目前产业化主要使用PVD或是蒸镀。实验室中为了追求效率常会使用金或是银等方案进行顶电极的制备，不具备大规模量产化的基础，因此目前产业中多采用PVD或是蒸镀的方法将TCO制作成顶电极。
3.5钙钛矿电池需四次激光刻蚀，起分片效果
激光工艺涉及到整个钙钛矿薄膜电池的制备流程，起分片效果。加工精度高、适用薄膜材料的激光是实现电路连接的关键，是整个钙钛矿电池制备的必备环节。钙钛矿电池需要分别进行3次平行激光刻蚀（P1-P3），并完成P4的清边，整体价值量约10~20%。在P1-P3的刻蚀环节，激光实现切割效果，使材料表面快速被加热到汽化并形成槽线，从而可以形成阻断电流导通的单独模块，起分片效果，以实现增大电压和串联电池的目标。高质量薄膜的加工是钙钛矿电池的重要特性，激光工艺关系到薄膜的损伤缺陷以及被切面的平整光滑程度，这类因素会共同影响电池的效率和寿命。因此，精密激光设备在钙钛矿薄膜电池中具有很高的重要性。P1激光刻蚀：在透明导电电极TCO沉积后，和电荷传输层沉积前，进行激光刻蚀，以形成彼此独立的条形导电电极；P2激光刻蚀：在第二电荷传输层沉积后，底电极沉积之前，进行激光刻蚀，去除HTL/钙钛矿层/ETL，留下TCO层，形成一个空缝。进行底电极层沉积时金属会填满这个空缝，从而将一个电池的底电极与下一个电池的透明顶电极相连；P3激光刻蚀：去除相邻电池的底电极/HTL（空穴层）/钙钛矿层/ETL（电子层），留下TCO层，从而实现分离效果；P4清边：去除薄膜的边缘区域，利用激光划线划分出区域后进行清除。
3.6封装对稳定性至关重要，通常采用POE材料
为了避免外部环境因素和分解泄漏等导致钙钛矿结构或其它功能层被破坏，封装是一种最有效的解决方法。常见的封装方式大致可分为两类：一种是完全覆盖封装，通常在模块顶部制备封装层；另一种是边缘封装，在模块周围放置密封剂。对于完全覆盖封装，既可以使用聚合物作为封装材料，也可以采用原子沉积法制备隔绝水氧的薄膜，其优势在于保护效果更好，但是对钙钛矿层以及其它功能层影响较大，并且由于其直接接触钙钛矿功能层，所以对其透光率有较高要求。边缘封装优势在于可以减少对接触层的影响，降低封装材料与钙钛矿发生副反应的可能性，同时对材料透光率的要求较低，但封装效果会相应降低。为了进一步增加阻水效果，可以在边缘封装过程中加入干燥剂。封装设备可以与晶硅行业共用。
钙钛矿太阳能电池封装材料和工艺需要满足以下要求：（1）化学惰性，在封装过程中可以和钙钛矿器件直接接触，且不会对钙钛矿材料、传输层材料或者器件结构造成破坏；（2）材料具有长久的阻水阻氧和阻紫外的特性；（3）由于钙钛矿材料和电荷传输材料的低耐热性，封装过程需要在低温下（通常小于℃）进行；（4）成本低、易于加工、绿色环保。钙钛矿通常用POE而非EVA封装。由于钙钛矿材料比较敏感，因此钙钛矿电池在封装的要求相比晶硅电池更高，一般采用POE胶膜而不能采用EVA胶膜，主要原因有两点：一是EVA胶膜的水汽透过率较高，晶硅可以接受的水汽透过率钙钛矿不能接受；二是EVA胶膜降解分解会产生醋酸，对钙钛矿材料造成腐蚀，降低电池性能。
3.7叠层电池最具有产业化潜力，二端四端各有千秋
叠层电池通过将宽带隙电池与窄带隙电池串联，能更加合理地利用全光谱范围内的光子，减少能量损失，是突破单结电池效率极限的重要方法。硅电池带隙为1.1eV，非常适合作叠层电池底电池，钙钛矿具有诸多优点，是制造顶电池的最佳候选材料。两端钙钛矿/晶硅叠层电池有钙钛矿/HJT叠层和钙钛矿/TOPCon叠层电池两类。目前钙钛矿/晶硅叠层电池实验室效率达29.8%，是目前叠层电池的主流。叠层电池结构分为：两端钙钛矿/晶硅叠层电池；三端钙钛矿/晶硅叠层电池；四端钙钛矿/晶硅叠层电池。两端叠层电池：在年由MIT大学Mailoa课题组首次成功制备，并获得了13.7%的PCE。随着硅电池本身工艺的变革，更高性能的PERC、TOPCon和HJT电池的出现，其中由于HJT表层结构为TCO薄膜，与二端工艺适配性最佳。三端叠层电池：受限于低带隙电池过小的Voc，难以实现较高的性能，发展较为缓慢；四端叠层电池：其可分立的设计上下两个组件，通过机械叠层组合在一起。该工艺对于底电池没有要求，与各个技术路线均可结合。四端工艺相对两端工艺更加简单，并且避免了电流匹配对性能的限制，因此更有可能实现高PCE、低成本的叠层电池。理论最高PCE为46%，略高于两端叠层电池45.7%的PCE。
钙钛矿的带隙可调节赋予其制作叠层电池的特性，叠层后效率提升较大。钙钛矿叠层结构可以增加光伏电池的光谱响应范围，提升光电转换效率，理论效率可达43%，量产效率可达35%。目前产业化方向主要集中于硅基钙钛矿叠层和全钙钛矿叠层。全钙钛矿叠层降本潜力较大，稳定性是主要障碍。理想的全钙钛矿叠层电池由1.7-1.9eV的宽带隙顶电池、互联层和1.1-1.3eV的窄带隙底电池堆叠而成，理论效率可以达到39%，开发高性能隧穿结和高效率窄带隙子电池是核心。全钙钛矿叠层电池无需晶硅材料，随着量产技术成熟可以实现有效降本。但窄带隙底电池化学稳定性较差，在保持高短路电流密度时无法同时实现高开路电压和高填充因子，限制了全钙钛矿叠层电池效率。
目前看，钙钛矿与晶硅叠层是钙钛矿实现量产化路径的最优解，目前技术条件下二端和四端叠层各有优劣。对于单结电池，其量产转换效率上限有限，目前认为其效率上限约处于21%左右，再向上提升与晶硅电池一样需要增加修饰层结构，但增加修饰层后制备难度与良率水平等问题又会再次出现，因此与目前效率普遍超过25%的N型晶硅电池比较不具备性价比，但对于叠层晶硅钙钛矿叠层电池而言，其转换效率将会轻松突破目前的组件效率，达到26%以上，尽管其成本有所增加，但在考虑其对于BOS成本的摊薄之后仍具有很强的性价比。双结钙钛矿叠层电池按照连接方式不同分为两端和四端叠层。四端叠层电池由机械堆叠并联而成，两块子电池仅在光学上有联系，电路相互独立。两端叠层由在硅电池上直接沉积钙钛矿电池制成，通过复合层或隧道结将两个子电池串联，需兼具电流匹配和光学设计。
四、钙钛矿电池产业化进展已经开始，25年有望实现GW级量产4.1学术界与产业界均有较大进展，钙钛矿产业化已经拉开序幕
学术方面，钙钛矿太阳能电池专利申请量高速增长，68%来自中国。截至年12月，中国的钙钛矿太阳能电池专利申请总量高达个，属于第一集团，远远高于专利申请总量在-件之间的日本、韩国和美国。
产业化已经拉开序幕，当前处于设备工艺验证阶段。钙钛矿太阳能电池的组件生产流程：沉积透明导电层（TCO）、沉积电子传输层（ETL）、沉积钙钛矿层、沉积空穴传输层（HTL）、背电池制备、组件封装，较晶硅类太阳能电池制备大幅简化。
PSCs生产过程与晶硅唯一相同的环节是封装。钙钛矿组件的生产过程中，除了钙钛矿层之外，所有缓冲层和电极都可由PVD工艺制作完成，与HJT有一定的相似性，但与面板行业相似性更明显。涂布是PSCs独有环节，主要用于钙钛矿层的印刷。
4.2钙钛矿企业处在0-1过程，目前百家争鸣
产业方面，钙钛矿设备订单先行，厂商交付顺利。PSCs主要设备厂商迈为股份、晟成光伏、捷佳伟创、杰普特、德沪涂膜均已收获设备订单，部分厂商已经顺利交付量产。
生产领域重要玩家融资过亿元，中试线逐步建设。根据CPIA，截止年2月底，国内已有协鑫光电、纤纳光电和极电光能等3条百兆瓦以上产能钙钛矿产线投产。其中，协鑫光电和纤纳光电的产线产能分别为MW，极电光能的产线产能为MW。此外，还有多家钙钛矿公司的实验室小试线已经建成或正在建设。
单结钙钛矿电池参与者众多，年以来产业化进展加速。年以前，协鑫、纤纳已有小规模中试线建成，协鑫纳米最先于年建成10MW中试线，批量生产45cm*65cm钙钛矿组件产品，纤纳光电于年投产20MW中试基地，年以来产业化进展加速，众多参与者开始投建或建成中试、量产线。年，协鑫光电建成MW级量产线，大正微纳柔性中试线建成，万度光能、华能清能院、极电光能投建不同量级产线。①万度光能投建MW级可印刷介观钙钛矿太阳能电池大试线；②华能清能院大面积模组中试实验线投产，3月首片下线；③大正微纳建成10MW柔性钙钛矿中试线；④年中协鑫光电建成首条MW级1m*2m量产线；⑤10月极电光能pre-A轮融资投建MW试制线，预计年9月首片下线。按照协鑫光电计划，我们预计年其GW级产线有望落地。
年，纤纳光电建成MW级量产线，无限光能、大正微纳、金昌鑫磊鑫半导体等企业产线投建。①年初纤纳光电建成MW的钙钛矿产线并实现规模化量产；②6月无限光能宣布完成数千万元天使轮融资，预计三季度完成试验线建设；③金昌鑫磊鑫半导体投建1GW钙钛矿薄膜光伏组件生产基地项目。
目前，钙钛矿/晶硅叠层电池处于研发中试阶段，参与公司较少。杭萧钢构正在筹划MW中试生产线，年9~10月与供应商完成采购合同签订，原定争取于年2月前完成产线的全部铺设，预计于年5月前实现量产转换效率达到28%，在年的上半年逐渐实现达产，产线兼容和尺寸硅片，度电成本3毛，成本下降空间大。
4.3钙钛矿制备设备有望受益
钙钛矿/HJT叠层电池所需设备主要有RPD，PVD，ALD等。
产线设备类型主要为镀膜设备、涂布设备、激光设备、封装设备，其中镀膜设备价值量过半，激光设备确定性需求强，封装设备与晶硅电池相比差别不大。（一）镀膜设备主要涉及PVD及RPD设备，其中RPD设备比传统的PVD设备优势在于可以减少对钙钛矿电池的轰击损害，有利于提高转换效率和良率。相应的设备企业有捷佳伟创、迈为股份、京山轻机、众能光电等，其中捷佳伟创于年7月获钙钛矿电池量产RPD镀膜设备订单，该RPD设备具备较高技术壁垒；蒸镀设备主要涉及京山轻机等，年5月京山轻机子公司晟成光伏与协鑫光电开展叠层技术战略合作，晟成光伏钙钛矿团簇型多腔式蒸镀设备已实现量产并应用于多个客户端。（二）涂布设备主要用于制作钙钛矿吸光层，主要企业德沪涂膜（未上市）、众能光电等，德沪涂膜为协鑫光电MW产线供应大尺寸狭缝涂布设备，狭缝涂布可在玻璃、塑料等基片上沉积液体化合物，精确控制液体流量和移动相对速度，制备所需技术指标的薄膜。众能光电目前已对外销售刮涂/涂布一体机。（三）目前各种技术路线均需要激光设备，激光设备主要应用工序为激光划线，把大的面板进行切割，形成子电池，再将电池用串联或者并联的方式连接。目前供应钙钛矿激光设备的公司包括大族激光、迈为股份、德龙激光、杰普特、帝尔激光、众能光电等。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
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