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鈣鈦礦電池，被市場公認可能掀起光伏新變革，增效、降本，系其兩大利器，國內已有不少企業(yè)走在行業(yè)發(fā)展的前沿。

01

政策刺激鈣鈦礦產業(yè)化

【資料圖】

“下一代光伏電池新秀”、光伏電池的“明日之星”，是鈣鈦礦電池耀眼的標簽，也因此博得市場廣泛關注。

根據(jù)公開資料顯示，鈣鈦礦最初指化學式為CaTiO3的礦物質，以及擁有CaTiO3結構的金屬氧化物。1839年，俄羅斯礦物學家L.A.Perovski研究存在于烏拉爾山變質巖中的鈦酸鈣（CaTiO3）時，首次提出鈣鈦礦（Perovskite）這一晶體結構，并以其名字命名。

歷經多年發(fā)展，鈣鈦礦材料定義演變?yōu)榫邆浠瘜W通式ABX3的物質。其中，A為一價有機（甲基銨，MA+或甲脒，F(xiàn)A+）或無機（Cs+）陽離子，或兩者的混合物；B為Pb2+或Sn2+，或兩者的混合物；X是鹵化物陰離子（I-、Br-或CI-或它們的混合物）。A位陽離子位于中心，B位陽離子和X位鹵化物陰離子形成八面體，占據(jù)體心立方晶格的角位。

晶格中的離子半徑決定鈣鈦礦材料的結構，進而影響鈣鈦礦材料的電子性質和穩(wěn)定性，并決定鈣鈦礦光伏電池的性能和壽命。通過調控A、B和X位離子的配比可以優(yōu)化電池的性能和穩(wěn)定性。

鈣鈦礦光伏電池（PSCs）則是利用鈣鈦礦材料作為吸光材料的光伏電池，主要結構包含透明導電基底、電子傳輸層、鈣鈦礦活性層、空穴傳輸層和頂電極5部分，其將光能轉化為電能的原理可簡化為“光子進，電子出”。

按技術路線，鈣鈦礦電池可分為單結和疊層，疊層鈣鈦礦電池主要系鈣鈦礦分別與鈣鈦礦、晶硅或薄膜電池進行疊層，擁有多層吸光層。其中，鈣鈦礦單結電池進展較快，多家企業(yè)已進入中試。

近年來，國家出臺多項政策推動鈣鈦礦光伏的研發(fā)及產業(yè)化進程。

2021年11月，《“十四五”能源領域科技創(chuàng)新規(guī)劃》將“研發(fā)大面積、高效率、高穩(wěn)定性、環(huán)境友好型的鈣鈦礦電池，開展晶體硅/鈣鈦礦、鈣鈦礦/鈣鈦礦等高效疊層電池制備及產業(yè)化生產技術研究”列入重點任務之一；

2022年6月，《科技支撐碳達峰碳中和實施方案(2022—2030年)》提出，堅持研發(fā)高效穩(wěn)定鈣鈦礦電池等技術；

2023年1月，《關于推動能源電子產業(yè)發(fā)展的指導意見》提出，推動鈣鈦礦及疊層電池等先進技術的研發(fā)應用，提升規(guī)?；慨a能力。

在政策的大力助推之下，疊加鈣鈦礦電池本身具備的高轉換效率和成本兩大核心優(yōu)勢，其未來發(fā)展被市場寄予厚望，產業(yè)化進程加速。

02

核心發(fā)展動力一：

轉換效率高

追求高轉換效率是光伏電池發(fā)展的動力所在。

在功率大型化發(fā)展趨勢以及硅料限制下，光伏電池發(fā)展只有提高轉換效率這條路徑，而晶硅電池的轉換效率逼近材料理論極限效率，鈣鈦礦光伏電池則憑借優(yōu)異的光電轉換效率，在第三代太陽能電池中脫穎而出。

光伏電池的工作原理是把入射光子的能量轉換為電子，產生電壓、電流和功率輸出，帶隙就是電子從它的主原子的一個軌道帶掙脫到軌道帶之外所需的能量，是為電池的電力輸出所提供的能量。

半導體材料以1.4eV為最優(yōu)帶隙，材料帶隙越接近1.4eV則效率越高。據(jù)中科院物理研究所數(shù)據(jù)，晶體硅的帶隙則約為1.1eV，鈣鈦礦材料則具備連續(xù)可調的帶隙范圍，帶隙寬度約為1.2-2.5eV，覆蓋最佳帶隙1.4eV。

目前，主流光伏晶硅電池的光電轉換效率已接近天花板29.4%，可實現(xiàn)的工程極限效率是27.1%，量產轉換效率為24.2%；而單結鈣鈦礦電池的實驗室最高轉換效率為25.7%，理論轉換效率可以達到31%，疊層鈣鈦礦電池的理論轉換效率更是達到45%，具有較高的天花板。未來伴隨鈣鈦礦技術的逐步成熟，鈣鈦礦電池的光電轉換效率具備較高的提升空間。

值得一提的是，2009年第一個鈣鈦礦電池被生產出來時，其轉換效率僅有3.8%，短短13年左右時間，單結鈣鈦礦電池實驗室轉換效率提升至25.7%，這一進程，晶硅光伏電池花費了約40-50年，鈣鈦礦電池發(fā)展迅速。

03

核心發(fā)展動力二：

降本空間大

高轉換效率之下，鈣鈦礦電池還具備顯著的成本優(yōu)勢。

根據(jù)協(xié)鑫光電披露數(shù)據(jù)，在1GW產能投資上，晶硅的硅料、硅片、電池、組件全部加起來，需要大約9.6億元；而鈣鈦礦實現(xiàn)1GW產能需要的投資金額僅約為5億元左右，是同級別晶硅電池生產成本的1/2左右，對比第二代GaAs薄膜太陽能電池，成本約為其1/10。

同時，鈣鈦礦電池產業(yè)鏈垂直一體，涉及生產設備少，生產效率高。協(xié)鑫光電透露，100MW的單一鈣鈦礦電池工廠，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。而對于晶硅而言，硅料、硅片、電池、組件需要四個以上不同工廠生產加工，一片組件完工大概需要三天以上的時間，用時差異大。由于鈣鈦礦電池產業(yè)鏈涉及生產環(huán)節(jié)、生產設備少，設備攤銷費用低，且產業(yè)鏈短更易維護，后續(xù)有望通過規(guī)模量產降本。

另外，鈣鈦礦原材料用量少，不存在原材料卡脖子問題，并避免材料稀缺性漲價。

鈣鈦礦制作過程無需硅料，制作金屬鹵化物鈣鈦礦所需原材料儲量豐富，價格低廉。硅片厚度通常為180微米，而鈣鈦礦組件中，鈣鈦礦層厚度大概是0.3微米，相差三個數(shù)量級。

從鈣鈦礦組件成本結構占比來看，成本構成最多的是玻璃及其他封裝材料，達34%，而鈣鈦礦自身的材料成本占比僅為3.1%。而且，鈣鈦礦生產過程中的能耗比較低，每1W鈣鈦礦組件制造能耗0.12kWh，僅為單晶組件能耗1.52kWh的1/10，多數(shù)環(huán)節(jié)也無需真空環(huán)境，未來仍有較大的降本空間。

鈣鈦礦不同規(guī)模產能的成本差異較大，隨著產線產能的提高，平均建設成本將顯著降低。

以纖納光電為例，其目前運行的20MW產線投資額為5050萬元，新建的100MW產線投資額為1.21億元，產能提升至原先5倍，投資額僅提升至原投資額的2.4倍，產線建設總成本具備顯著的規(guī)模化降本效應。

04

產業(yè)化發(fā)展主要在中國

2030年市場空間達950億元

盡管鈣鈦礦電池極大地滿足了行業(yè)增效降本的期待，但其商業(yè)化發(fā)展還存在兩大關鍵阻力：高效鈣鈦礦電池大面積制備技術不夠成熟，以及鈣鈦礦電池結構穩(wěn)定性差。

全球鈣缽礦電池產業(yè)化進度分為研發(fā)階段（2009-2021年）、成果轉化中試階段（2018-2025年）、產業(yè)化應用階段（2025年以后）三個階段。目前，鈣缽礦產業(yè)化發(fā)展主要在中國，處于小批量產品試制、中試線逐步建設時期，單結鈣鈦礦組件產業(yè)化進展較為領先。

近年來，國內鈣鈦礦企業(yè)加速布局鈣鈦礦產能建設，參與者多為未上市公司，上市公司中，也有協(xié)鑫科技、奧聯(lián)電子（300585）、杭蕭鋼構（600477）等旗下公司（分別為協(xié)鑫光電、奧聯(lián)光能、合特光電）進行積極布局。

2021年9月，協(xié)鑫光電建成全球首條100MW鈣鈦礦量產線，組件尺寸1m×2m，系統(tǒng)造價低于3.0元/W，合成溫度低于100°C，能耗低。當前該產線處于工藝開發(fā)和設備改造階段，下線組件效率已實現(xiàn)穩(wěn)步提升，預計2023年底實現(xiàn)18%以上的轉化效率，2024年下半年GW級別產線落地。

數(shù)據(jù)來源：協(xié)鑫光電、東吳證券研究所

纖納光電多次蟬聯(lián)鈣鈦礦小組件世界效率紀錄榜首，其全球首款鈣鈦礦商用組件α于2022年7月正式交付，該組件具有功率高、穩(wěn)定性好、溫度系數(shù)低、熱斑效應小等系列特性。此次發(fā)貨數(shù)量為5000片，用于浙江省內工商業(yè)分布式鈣鈦礦電站，標志著纖納自主研發(fā)的鈣鈦礦產品進入實質性商業(yè)化階段，正式敲開了鈣鈦礦光伏的應用大門。

經德國電氣工程師協(xié)會（VDE）權威認證，纖納光電α組件已順利通過IEC61215、IEC61730穩(wěn)定性全體系認證，纖納光電成為全球首個、且目前唯一完整通過這兩項穩(wěn)定性全體系測試的鈣鈦礦機構。

數(shù)據(jù)來源：纖納光電、東吳證券研究所

極電光能150MW鈣鈦礦光伏生產線于2022年12月正式投產運行，是目前全球已投產且產能最大的鈣鈦礦光伏生產線，同時具備BIPV產品和標準組件的生產能力，達產后年產值可達3億元。

數(shù)據(jù)來源：極電光能、東吳證券研究所

萬度光能2021年6月投資60億元建設可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池生產基地項目，項目一期建設一條200MW級可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池大試線，成功后擴充至10GW產能。

數(shù)據(jù)來源：各公司官網、東吳證券研究所

東吳證券在研報中表示：按照各家廠商發(fā)布的量產規(guī)劃，2023年合計鈣鈦礦組件產能1.25GW，2025年7.4GW，預計組件市場空間約37.5億元，2030年鈣鈦礦組件產能預計142GW，對應市場空間約950億元，2022-2030CAGR達128%。

數(shù)據(jù)來源：各公司公告、協(xié)鑫光電、東吳證券研究所(*2025年后產能為估計值，以公司規(guī)劃為準)