2025年钙钛矿行业深度分析:效率持续提升、GW线逐步落地,钙钛矿产业曙光渐近

PART1 钙钛矿提效速度快,光电潜力充足

光伏:全球需求增速放缓,国内高位企稳。

需求增速放缓,整体进入平稳增长阶段。中国光伏装机占全球约50%、多年高增后预计25年高位企稳;美国、 欧洲持续增长,海外贡献较多增量。我们预计2025年全球新增光伏装机约610GW,同增约13%;预计26年随 国内装机稳定,全球将保持5-15%增长。

晶硅电池量产成熟,即将到达效率极限

晶硅电池理论效率极限为29.4%,目前最高效率已达到27.81%。晶硅太阳能电池被俄歇复合限制在理论效率 为29.4%,考虑到现实中的光学损失与电学损失,最终可以达到的效率上限预计约27-28%。当前实验室转换效 率突破27.81%(HIBC),TOPCon电池实验室达27.02%, 晶硅电池量产成熟,效率即将接近极限。晶硅电池经过40余年的发展,当前N型电池量产效率达25-26%,逐 步接近单结晶硅极限。

钙钛矿效率提升显著,光电潜力充足

量产潜力足,单结效率上限可达30%以上。根据Shockley-Queisser极限,单结太阳能电池吸光材料的禁带宽 度在1.34eV时,其理论光电转换效率可达最高的33.7%,典型的甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)钙钛矿带隙为1.55eV, 接近最优带隙,单结效率上限可达30%以上。目前钙钛矿最高单结效率已达27%,接近晶硅电池实验室记录。钙钛矿提效快,叠层记录持续突破。钙钛矿电池具备光电损失小、带隙可调节特点, 叠加叠层技术,可实现接 近两倍晶硅电池效率,潜力充足。近20年发展已在实验室效率端追赶晶硅数十年发展,提效速度快。

新技术带来新变化,或推动行业破局

钙钛矿效率持续提升,GW级产线逐步落地。钙钛矿头部组件厂效率陆续突破18%:极电光能1.2*0.6m单节组 件效率18.2%,并通过IEC61215/IEC61730测试;协鑫光电1m×2m量产效率破19%。GW级产线陆续建设, 预计25年相继投产,量产效率可达20%+。 单结钙钛矿仍有渗透空间,叠层钙钛矿或引领下一代技术。1)单结:23年来晶硅价格大幅下行虽压缩单结钙 钛矿空间,但由于钙钛矿存在弱光发电+低温系数等优势(发电量增加10%+),叠加产业化后成本可降至8毛 以下,LCOE性价比下仍有渗透空间;2)叠层:叠层组件量产效率可达30%+,当前4端子效率达26.36%,晶 硅+钙钛矿叠层或脱颖而出。

PART2 钙钛矿:百MW中试线运行成熟,GW线逐步落地

钙钛矿:光电材料新秀,提效快、成本低

钙钛矿为一类化合物统称(ABX3),具备组分可调、带隙可调,量产成本低等优势,自结构提出以来实验室 级量产效率快速提升,具备充足的光电竞争潜力。1839年德国矿物学家GustavRose发现了矿物质钛酸钙 CaTiO3。后来ABO3型氧化物的简单钙钛矿被广泛研究,于是人们以“perovskite”一词来描述庞大的钙钛矿 家族及其衍生化合物。

对比:钙钛矿优势多,产业化潜力十足

1)效率上限更高。钙钛矿电池具备高光吸收系数、受温差影响小,光电损失少,单结钙钛矿电池效率上限超 30%,双结叠层效率上限更有望接近45%,而晶硅电池效率难以突破30%。

2)潜在量产成本更低。钙钛矿电池产能投资约5-7亿元/GW,未来成熟后有进一步下降空间;GW级量产组件 成本小于1元/W,有望向0.5元/W靠拢,可实现全口径平价上网,而晶硅电池成本较高。

3)具备高弱光效应。钙钛矿材料在可见光范围吸收系数可以达到105 cm-1,具备高光捕获能力;并且电池带 隙,接近弱光下电池最高效率所需带隙,因此在阴雨天气和日出日落等弱光环境均能工作。

4)下游应用领域广阔。钙钛矿电池在分布式光伏市场具备竞争力,可广泛应用于BIPV幕墙和屋顶,此外也是 光伏车顶的优良材料。

钙钛矿材料稳定性存在担忧,产业化受制

离子晶体结构,钙钛矿材料具备不稳定性。钙钛矿自身的不稳定性可分为:1)物理不稳定性,即材料本身分 解能较低,离子容易发生扩散,温度或者组分的差异会导致钙钛矿材料发生成分偏析或者相分离,影响钙钛矿 层的光电性能和长期稳定性;2)化学不稳定性,即钙钛矿具有离子键合特性,并且组成离子均为离子势较小 的“软”离子, 且含有较易分解的有机铵离子, 这使得钙钛矿体系形成能较小、缺陷密度较高、各组分反应活 性大,容易与环境中的水分子、空气发生反应,光照下发生相分离,同时大量缺陷的存在也使得离子迁移很容 易发生,是钙钛矿太阳能电池存在“迟滞”现象的重要原因,离子迁移的累积会造成钙钛矿晶体结构的崩塌, 极大地损害器件的长期稳定性 。

产能:百MW运行稳定,GW线逐步落地

钙钛矿百MW中试线运行2年+,25年GW线逐步落地。2022年-2023年钙钛矿行业初步显露市场,百MW中 试线密集落地。经过2年多稳定运行+小规模出货,钙钛矿迈向GW线逐步落地投产;行业已有京东方+极电光 能两条GW单线投产,预计25H2纤纳光电、协鑫光电、宁德时代等GW线有望投产落地,26年仁烁光能等厂商 亦有望跟进GW线投产。

技术:单结针对差异化市场,叠层突围主力市场

晶硅产能过剩压制单结钙钛矿性价比,单结钙钛矿依靠差异化求存、叠层组件依靠效率突围光伏主力市场。晶 硅组件量产技术成熟,在产能过剩背景下行业亏损销售、导致技术具备极致性价比(TW级产能、价格0.6元 +/W、组件效率23%+)。相较下,钙钛矿由于量产规模较小,技术竞争上存在劣势(百MW单线产能、成 本1-1.5元/W、组件效率18%+)。

单结钙钛矿:1)弱光发电可带来发电量优势;2)推出差异化市场产品,如柔性、玻璃幕墙等。叠层钙钛矿: 依靠叠层效率优势与晶硅主力市场竞争,预计25H2量产27%+叠层产品有望推出市场,领先主流效率4%+, 赚取效率溢价。

技术:2端子叠层技术难度高,4端子更具量产能力

钙钛矿具备带隙、组分可调整等优点,因此可调制不同带隙的配方与晶硅等底电池搭配制作叠层电池。1)2 端子:两结叠层电池为主要应用方向,钙钛矿/晶硅叠层目前效率最高。叠层的结数越多,理论上可以获得更 高的效率,但是考虑到成本,目前两结叠层电池为主要应用方向;钙钛矿/晶硅叠层效率可达32%+。  2)4端子:但两端子叠层技术难度更高,短期量产难度较大。协鑫光电等运用4端子叠层技术实现电压匹配, 量产可行性更高,预计25H2有望推向市场。

路线:初创企业从单结向叠层拓展,大厂深挖叠层

单结or叠层、钙钛矿/晶硅or钙钛矿/钙钛矿叠层,是当前量产技术路线主要区别。目前工业界出于稳定性、效 率成本的考虑,基本比较认同:单结结构方面采用平面反式结构,叠层方式上采用两端叠层。在技术路线上的 差异主要表现在做单结还是叠层电池,如果做叠层,是做钙钛矿/晶硅叠层,还是全钙钛矿叠层。

不同技术路线各有优劣,目前晶硅大厂倾向选择钙钛矿/晶硅叠层的路线,全钙钛矿路线比较适合初创企业。1)效率上,钙钛矿/晶硅叠层发展最快,效率最高;2)光电损失上,单结电池损失最小;3)稳定性上,全钙钛 矿电池稳定性最差;4)成本上,全钙钛矿电池成本度电最低;5)主流厂商选择路线:量产阶段,单结和叠层 电池厂商数量相近,战略规划阶段,大部分厂商选择叠层电池,在叠层电池中,晶硅大厂为发挥技术优势,首 选钙钛矿/晶硅叠层。仁烁光能独树一帜选择全钙钛矿叠层,为初创企业技术路线选择提供参考。

PART3 市场前景广阔,设备+材料率先受益

钙钛矿:工艺流程较短,易于扩大生产

钙钛矿工艺流程较短,易于扩大生产。钙钛矿组件生产流程简单,可在45分钟内将化工原料、玻璃、靶材、胶 膜在单一工厂加工为组件, 目前GW级别晶硅组件产能投资需要7.5亿元,钙钛矿组件投资需5-10亿元。考虑 到目前钙钛矿电池处于起步阶段,晶硅电池产业链已经成熟,预计未来钙钛矿组件产能投资小于晶硅组件。

典型百MW镀膜设备价值高,GW线湿法或有提升

镀膜设备价值量最高,占据设备投资绝大比例。百MW级产线的核心总投资额约1.2亿元,其中镀膜设备:涂布 设备:激光设备:封装设备投资比例为50%:25%:15%:10%;生产百MW级钙钛矿需要镀膜设备3台(2台 PVD,单价1000万/台;1台PRD,单价2000万/台)、激光设备3-4台(大多数4台),总价值量1000-1500万; 涂布设备单台1000+万/台,湿法制备需2台,钙钛矿层+钝化层合计2000万+;封装设备1台,单台价值1200 万左右,连同后道设备价值量共3000万+。镀膜设备总投资额占比最高,未来镀膜设备国产化+湿法化为降本 主要途径,后续GW级设备投资预计约7-10亿元/GW。

供给端:钙钛矿材料端空间测算

钙钛矿需求高增带动设备及原材料需求空间广阔,预计2030年设备及原材料空间达250/200亿元。若2030年 钙钛矿组件产量为45GW,产能对应设备市场空间为250亿元,其中镀膜/激光/涂布/封装设备为别为 125/63/38/25亿元;对应钙钛矿材料市场空间13亿元,玻璃市场空间123亿元(FTO玻璃86亿元,背板玻璃 37亿元),封装材料市场空间47亿元(POE胶膜及丁基胶各23亿元),靶材市场空间50亿元,玻璃及靶材因 单位成本占比较高,价值量空间较大。

需求端:钙钛矿空间广阔,有望30/35年45/130GW+

光伏装机需求向好叠加渗透率高增,钙钛矿组件市场空间广阔。假设2025/2030年全球光伏装机分别为 570/1089GW,组件在地面电站渗透率由2025年的0.03%逐步提升至2030年的1.6%,2025/2030年全球地面电站钙钛矿需求分别为0.11/12GW;在分布式中的渗透率由2025年的0.1%提升至2030年的5.6%,2025/2030全 球分布式钙钛矿需求分别0.31/32.71GW,2030/2035整体市场空间为45/130GW, 2025-2030/2035CAGR达 154%/78%,市场空间广阔。

报告节选:


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