機械設備行業：ibc電池與鈣鈦礦電池未來電池片技術將如何演繹？-220516（26頁）.pdf

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1、1證券研究報告作者：行業評級：上次評級：行業報告 | 請務必閱讀正文之后的信息披露和免責申明機械設備機械設備強于大市強于大市維持2022年05月16日（評級）分析師 李魯靖 SAC執業證書編號：S1110519050003聯系人 張鈺瑩ibc電池與鈣鈦礦電池，未來電池片技術將如何演繹？電池與鈣鈦礦電池，未來電池片技術將如何演繹？行業專題研究摘要摘要2核心組合：核心組合：先導智能、邁為股份、新萊應材、聯贏激光、江蘇神通、華測檢測、高測股份、帝爾激光、春風動力、潤邦股份、蘇試試驗。重點組合：重點組合：中聯重科、銳科激光、歐科億、華銳精密、國茂股份、杰克股份、弘亞數控、美亞光電、三一重工、中聯重科。

2、本周專題：本周專題：ibc電池與鈣鈦礦電池，未來電池片技術將如何演繹？電池與鈣鈦礦電池，未來電池片技術將如何演繹？IBC：將p+摻雜區域和n+摻雜區域均放置在電池背面（非受光面）的太陽能電池，ibc電池的受光面無任何金屬電極遮擋，從而有效增加電池的短路電流，使電池的能量轉化效率得到提高。制備需要板式PECVD、管式PECVD或APCVD、激光開槽設備、濕法設備、PVD或RPD等設備，利好設備廠商：邁為股份、帝爾激光等。利好設備廠商：邁為股份、帝爾激光等。鈣鈦礦：鈣鈦礦：鈣鈦礦太陽能電池，采用具有鈣鈦礦晶體結構的有機無機雜化的金屬鹵化物作為吸光層。鈣鈦礦指代一大類具有與此類礦物相同晶體結構的化合

3、物，把結構與之類似的晶體統稱為鈣鈦礦物質。其化學成分簡寫為AMX3，其中A通常代表有機分子，M代表金屬（如鉛或錫），X代表鹵素（如碘或氯）。鈣鈦礦太陽能電池世界最高光電轉換效率記錄已達到25.2，鈣鈦礦與晶硅疊層電池的效率已經達到29.15%。鋰電設備：鋰電設備：建議關注：先導智能、杭可科技、贏合科技、聯贏激光、杰普特。建議關注：先導智能、杭可科技、贏合科技、聯贏激光、杰普特。光伏設備：光伏設備：邁為雙面微晶取得較好進展，邁為股份聯合澳大利亞金屬化技術公司SunDrive利用可量產工藝在全尺寸(M6尺寸，274.3cm)單晶異質結電池上轉換效率達到26.07%，進一步驗證異質結電池量產效率在未

4、來跨越26%大關的可行性。建議關注：邁建議關注：邁為股份、帝爾激光、高測股份等。為股份、帝爾激光、高測股份等。摩托車兩輪車：摩托車兩輪車：建議關注：春風動力。建議關注：春風動力。風電風電&核電設備：核電設備：建議關注：潤邦股份、恒潤股份、江蘇神通、華榮股份、杰瑞股份。建議關注：潤邦股份、恒潤股份、江蘇神通、華榮股份、杰瑞股份。半導體半導體&IGBT：晶圓廠領域高潔凈材料行業中國大陸市場空間在5.1億8.5億美元，而半導體高潔凈應用材料行業市場規模高達500億元左右。建議關注：新萊應材、至純科技。建議關注：新萊應材、至純科技。工控自動化：工控自動化：受益于外資品牌供應鏈短缺問題。建議關注：匯川技

5、術、禾川科技、埃斯頓、新時達、綠的諧波。建議關注：匯川技術、禾川科技、埃斯頓、新時達、綠的諧波。風險提示：風險提示：宏觀環境與政策風險；行業競爭風險；電池片技術路徑變化風險等。注：華測檢測為機械與環保共公用團隊聯合覆蓋；銳科激光為機械與電子團隊聯合覆蓋；美亞光電為機械與醫藥團隊聯合覆蓋注：華測檢測為機械與環保共公用團隊聯合覆蓋；銳科激光為機械與電子團隊聯合覆蓋；美亞光電為機械與醫藥團隊聯合覆蓋zWbWlXlUiXmUjVoZjZbR9R9PmOmMoMnPiNrRnQkPmNpQaQmMzQuOnQzQMYtOsOIBC電池：電池：龍頭企業加速布局龍頭企業加速布局HPBC產能產能13請務必閱讀

6、正文之后的信息披露和免責申明4數據來源：索比光伏網，光伏盒子公眾號，天風證券研究所數據來源：索比光伏網，光伏盒子公眾號，天風證券研究所圖：圖：ibcibc電池結構圖電池結構圖1.1 1.1 IBCIBC太陽能電池概述太陽能電池概述 IBCIBC電池：電池：指交叉背接觸（interdigitated back contact，ibc）太陽能電池是一種將p+摻雜區域和n+摻雜區域均放置在電池背面（非受光面）的太陽能電池，ibc電池的受光面無任何金屬電極遮擋，從而有效增加電池的短路電流，使電池的能量轉化效率得到提高。 發展歷程：發展歷程：Schwartz 和 lammert 于1975年提出來，將電

7、池的發射區電極和基區電極均設計于電池背面且以交叉的形式排布的一種太陽能電池。 IBC電池的結構如圖，一般以n型硅作為基底，前表面是n+的前場區FSF，背表面為叉指狀排列的p+發射極Emitter和n+背場BSF。前后表面均采用SiO2/SiNx疊層膜作為鈍化層。正面無金屬接觸，背面的正負電極接觸區域也呈叉指狀排列。5數據來源：索比光伏網，光伏盒子公眾號，天風證券研究所數據來源：索比光伏網，光伏盒子公眾號，天風證券研究所1.2 1.2 IBCIBC電池特點：電池特點：FF(FF(填充因子填充因子) )、vocvoc( (開路電壓開路電壓) ) 、jscjsc( (短路電流短路電流) )ibcib

8、c電池特點：電池特點：IBC電池最大的特點是PN結和金屬接觸都處于電池的背面，正面沒有金屬電極遮擋的影響因此具有更高的短路電流更高的短路電流JscJsc，同時背面可以容許較寬的金屬柵線來降低串聯電阻Rs從而提高填充因子提高填充因子FFFF；加上電池前表面場（Front Surface Field, FSF）以及良好鈍化作用帶來的開路電壓vocvoc增益增益，從而提高轉換率。ibcibc電池優點：電池優點：（1）電池正面無柵線遮擋，可消除金屬電極的遮光電流損失，實現入射光子的最大利用化，較常規太陽電池短路電流可提高7%左右。（2）正負電極都在電池背面，不必考慮柵線遮擋問題，可適當加寬柵線比例，從

9、而降低串聯電阻，提高FF(填充因子)。（3）由于正面不用考慮柵線遮光、金屬接觸等因素，可對表面鈍化及表面陷光結構進行最優化的設計，可得到較低的前表面復合速率和表面反射，從而提高Voc（開路電壓）和Isc（短路電流）。（4）外形美觀，尤其適用于光伏建筑一體化，具有較好的商業化前景。ibcibc電池缺點：電池缺點：（1）對基體材料要求較高，需要較高的少子壽命。因為IBC電池屬于背結電池，為使光生載流子在到達背面p-n結前盡可能少的或完全不被復合掉，就需要較高的少子擴散長度。（2）IBC電池對前表面的鈍化要求較高。如果前表面復合較高，光生載流子在未到達背面p-n結區之前，已被復合掉，將會大幅降低電池

10、轉換效率（3）工藝過程復雜。背面指交叉狀的p區和n區在制作過程中，需要多次的掩膜和光刻技術，為了防止漏電，p區和n區之間的gap區域也需非常精準，這無疑都增加了工藝難度。（4）IBC復雜的工藝步驟使其制作成本遠高于傳統晶體硅電池。6數據來源：摩爾光伏公眾號，天風證券研究所數據來源：摩爾光伏公眾號，天風證券研究所1.3 IBC1.3 IBC電池工藝流程電池工藝流程以以SunPower公司為代表的傳統公司為代表的傳統IBC工藝流程：工藝流程：雙面清洗背面B擴散形成P+PECVD沉積氮化硅形成掩膜酸洗去除做BSF區域的氮化硅刻蝕P摻雜形成N+前表面（FS）制絨FSF和退火鈍化形成交叉指狀正負電極。天

11、合光能公司天合光能公司IBC工藝流程：工藝流程：化學拋光去損傷BBr3管式擴散干氧生長掩膜絲網印刷局部BSF開孔POCI3管式擴散制絨雙面鈍化局部接觸開孔絲網印刷金屬化形成交叉指狀正負電極。IBC電池的工藝流程難點與核心環節：電池的工藝流程難點與核心環節：1.N+區和P+區的形成（N-P結的形成）在IBC太陽電池的工藝優化中,叉指狀的 P+和N+區結構是影響電池性能的關鍵。優化P+ 區占比、減小金屬接觸面積有利于IBC 太陽電池性能的提高。為了最大程度獲得光捕獲,正面采用先進陷光技術對IBC 太陽電池光電轉換效率的提升也具有重要作用。目前主流方法包括：光刻、離子注入、激光摻雜。2.IBC太能能

12、電池背面金屬化。目前主流的方法：絲網印刷、銅蒸餾，其中絲網印刷優于銅蒸鍍。7數據來源：數據來源：IBCIBC太陽電池技術的研究進展太陽電池技術的研究進展，席珍珍，天風證券研究所，席珍珍，天風證券研究所1.4 IBC1.4 IBC重點環節重點環節1 1：N-P結的形成結的形成對應環節：對應環節：N-P結的形成結的形成掩膜法：掩膜法：IBC電池的工藝有很多種，常見的定域摻雜的方法包括掩膜法，可以通過光刻的方法在掩膜上形成需要的圖形，這種方法的成本高，不適合大規模生產。絲網印刷：絲網印刷：通過絲網印刷刻蝕漿料或者阻擋型漿料來刻蝕或者擋住不需要刻蝕的部分掩膜，形成需要的圖形，這種方法成本較低，需要兩步

13、單獨的擴散過程來分別形成P型區和N型區。另外，還可以直接在掩膜中摻入所需要摻雜的雜質源（硼或磷源），一般可以通過化學氣相沉積的方法來形成摻雜的掩膜層。這樣在后續就只需要經過高溫將雜質源擴散到硅片內部即可，從而節省一步高溫過程，也可在電池背面印刷一層含硼的叉指狀擴散掩蔽層，掩蔽層上的硼經擴散后進入N型襯底形成P+區，而未印刷掩膜層的區域，經磷擴散后形成N+區。絲網印刷局限性：絲網印刷局限性：精度問題，印刷重復性問題等，給電池結構設計提出了一定的要求，在一定的參數條件下，較小的PN間距和金屬接觸面積能帶來電池效率的提升，因此，絲網印刷的方法，需在工藝重復可靠性和電池效率之間找到平衡點。激光：激光：

14、激光也是解決絲網印刷局限性的一條途徑。無論是間接刻蝕掩膜，還是直接刻蝕，激光的方法都可以得到比絲網印刷更加細小的電池單位結構，更小的金屬接觸開孔和更靈活的設計。離子注入：離子注入：從半導體工業轉移到了光伏工業上，離子注入的最大優點是可以精確地控制摻雜濃度，從而避免了爐管擴散中存在的擴散死層。通過掩膜可以形成選擇性的離子注入摻雜。離子注入后，需要進行一步高溫退火過程來將雜質激活并推進到硅片內部，同時修復由于高能離子注入所引起的硅片表面晶格損傷。所以，離子注入技術的量產化導入的關鍵是設備和運行成本。8數據來源：數據來源： IBCIBC太陽電池技術的研究進展太陽電池技術的研究進展，席珍珍，天風證券研

15、究所，席珍珍，天風證券研究所1.4 IBC1.4 IBC重點環節重點環節2 2：鈍化：鈍化表面鈍化技術（對應環節：鈍化）表面鈍化技術（對應環節：鈍化）對于晶體硅太陽電池，前表面的光學特性和復合至關重要。對于IBC高效電池而言，更好的光學損失分析和光學減反設計顯得尤其重要。在電學方面，和常規電池相比，IBC電池的性能受前表面的影響更大，因為大部分的光生載流子在入射面產生，而這些載流子需要從前表面流動到電池背面直到接觸電極，因此，需要更好的表面鈍化來減少載流子的復合。為了降低載流子的復合，需要對電池表面進行鈍化，表面鈍化可以降低表面態密度，通常有化學鈍化化學鈍化和場鈍化場鈍化的方式?；瘜W鈍化：化學

16、鈍化：應用較多的是氫鈍化，比如SiNx薄膜中的H鍵，在熱的作用下進入硅中，中和表面的懸掛鍵，鈍化缺陷。場鈍化：場鈍化：利用薄膜中的固定正電荷或負電荷對少數載流子的屏蔽作用，比如帶正電的SiNx薄膜，會吸引帶負電的電子到達界面，在N型硅中，少數載流子是空穴，薄膜中的正電荷對空穴具有排斥作用，從而阻止了空穴到達表面而被復合。因此，帶正電的薄膜如因此，帶正電的薄膜如SiNx較適合用于較適合用于IBC電池的電池的N型硅前表面的鈍化。而對于電池背表面，由于同時有型硅前表面的鈍化。而對于電池背表面，由于同時有P，N兩種擴散，理想的鈍化膜則是能同時鈍化兩種擴散，理想的鈍化膜則是能同時鈍化P，N兩種擴散界面，

17、二氧化硅是一個較理想的選擇。如果背面兩種擴散界面，二氧化硅是一個較理想的選擇。如果背面Emitter/P+硅占的比例較大，帶負電的薄膜如硅占的比例較大，帶負電的薄膜如AlOx也是不錯的選擇。也是不錯的選擇。9數據來源：數據來源：IBCIBC太陽電池技術的研究進展太陽電池技術的研究進展，席珍珍，天風證券研究所，席珍珍，天風證券研究所1.4 IBC1.4 IBC重點環節重點環節3 3：IBC太陽能電池背面金屬化太陽能電池背面金屬化金屬柵線（對應環節：金屬柵線（對應環節：IBC太陽能電池背面金屬化）太陽能電池背面金屬化）IBC電池的柵線都在背面，不需要考慮遮光，因此可以更加靈活地設計柵線，降低串聯電

18、阻。根據背面柵線的不同，可分為無主柵、四主柵、點接式 IBC 電池三種但是，由于IBC電池的正表面沒有金屬柵線的遮擋，電流密度較大，在背面的接觸和柵線上的外部串聯電阻損失也較大。金屬接觸區的復合通常都較大，所以在一定范圍內接觸區的比例越小，復合就越少，從而導致Voc越高。因此，IBC電池的金屬化之前一般要涉及到打開接觸孔/線的步驟。N和P的接觸孔區需要與各自的擴散區對準，否則會造成電池漏電失效。與形成交替相間的擴散區的方法相同，可以通過絲網印刷刻蝕漿料、濕法刻蝕或者激光等方法來將接觸區的鈍化膜去除，形成接觸區。1.絲印/激光：與形成交替相間的擴散區方法相同，可以通過絲網印刷刻蝕漿料、濕法刻蝕或

19、者激光等方法來將接觸區的鈍化膜去除，形成接觸區。2.蒸鍍/電鍍：蒸鍍和電鍍也被應用于高效電池的金屬化，能夠顯著降低成本。隨著絲網印刷原輔材料和設備的不斷優化與更新，IBC太陽電池背面電極的精確對位問題已得到解決，這也給背面設計優化與成本控制提供很大空間，絲網印刷方式優勢逐漸顯現。10數據來源：中科院寧波材料所，普樂科技數據來源：中科院寧波材料所，普樂科技POPSOLARPOPSOLAR公眾號，天風證券研究所公眾號，天風證券研究所1.5 IBC1.5 IBC電池演變：電池演變：IBCIBC、POLOPOLO- -IBC/TBCIBC/TBC、HBCHBC隨著設備成本的下降和工藝的成熟，IBC電池

20、形成三大工藝路線：1）以SunPower為代表的經典IBC電池工藝；2）以ISFH為代表的POLO-IBC電池工藝；由于POLO-IBC工藝復雜，業內更看好低成本的同源技術TBC電池工藝（TOPCon-IBC）；3）以Kaneka為代表的HBC電池工藝（IBC-SHJ）。圖：圖：IBCIBC電池轉換效率的進化電池轉換效率的進化11數據來源：美泰光伏公眾號，普樂科技數據來源：美泰光伏公眾號，普樂科技POPSOLARPOPSOLAR公眾號，天風證券研究所公眾號，天風證券研究所1.5 IBC1.5 IBC電池演變：電池演變： IBCIBC、POLOPOLO- -IBC/TBCIBC/TBC、HBCH

21、BC表：表：IBCIBC、TBCTBC、HBCHBC對比圖對比圖IBCIBCTBCTBCHBCHBC掩模和爐管擴散掩模和爐管擴散制備背面PN區掩模和爐管擴散制備背面PN區，或掩模和CVD原位摻雜制備背面PN區掩模和CVD原位摻雜制備背面PN區PN區P區N區隔離，分別跟金屬電極接觸P區N區隔離，分別跟金屬電極接觸；PN區與基區之間沉積一層超薄隧穿氧化層PN區與金屬電極之間沉積TCO層印刷方式單面絲網印刷，無主柵或多主柵單面絲網印刷，無主柵或多主柵單面絲網印刷，無主柵或多主柵設備與工藝兼容性兼容部分PERC工序兼容部分TOPCon工序兼容HJT設備和工藝制程與工藝高溫制程，設備及工藝成熟、成本低高

22、溫制程，工藝接近成熟、成本低低溫制程，工藝接近成熟、成本高量產轉換效率23.5%-24.5%24.5%-25.5%25%-26.5%N N型電池工藝型電池工藝P P- -PERCPERC（基準）基準）TOPConTOPConHJTHJTIBCIBC經典經典IBCIBCTBCTBC經典經典HBCHBC實驗室效率24.06(隆基)26.09(Fraunhofer)26.3%(隆基)25.2(SunPower) 26.1(Fraunhofer) 26.63%(Kaneka)量產效率22.8%-23.2%23.5%-24.5%23.5%-24.5%23.5%-24.5%24.5%-25.5%25%-2

23、6.5%生產成本約0.6-0.8元/W約0.7-0.9元/W約1-2元/W約1-2元/W約1-2元/W約1.2-2.2元/W銀漿耗量80mg/片100-120mg/片200-220mg/片低于雙面perc低于雙面TOPCon低于HJT薄片化170-190m150-160m90-140m130-150m130-150m90-140m產線兼容性目前主流產線可升級perc產線完全不兼容perc 兼容部分perc兼容TOPCon兼容HJT設備投資2億/GW2.5億/GW4.5億/GW3億/GW3億/GW5億/GW量產成熟度已成熟已成熟即將成熟已成熟即將成熟即將成熟表：晶硅光伏電池不同工藝路線的發展情況

24、表：晶硅光伏電池不同工藝路線的發展情況12數據來源：普樂科技數據來源：普樂科技POPSOLARPOPSOLAR公眾號，天風證券研究所公眾號，天風證券研究所1.5 1.5 電池工藝制程對比電池工藝制程對比HBC電池制備電池制備較為復雜較為復雜1）制備背面）制備背面P區（摻硼非晶硅）和區（摻硼非晶硅）和N區（摻磷非晶硅）：區（摻磷非晶硅）：以Kaneka方案為例，涉及下表工序4-5-6-7-8-9-10-11，需要板式PECVD、管式PECVD或APCVD、激光開槽設備、濕法設備等。2）非晶硅薄膜沉積設備：）非晶硅薄膜沉積設備：主要有板式PECVD、HWCVD和LPCVD設備。3）TCO：PVD或

25、RPD設備。圖：晶硅電池工藝制程對比圖：晶硅電池工藝制程對比工藝工藝PERCPERCTOPConTOPConHJTHJTTBCTBC經典經典HBCHBC1清洗制絨清洗制絨清洗制絨清洗制絨清洗制絨2磷擴散硼擴散本征氫化非晶硅（正面）隧穿+磷摻雜非晶硅本征氫化非晶硅（正面）3熱氧激光SE硼摻雜非晶硅（正面）掩膜減反射膜（正面）4去PSG去BSG本征氫化非晶硅（背面）激光開槽本征氫化非晶硅（背面）5堿拋隧穿+本征非晶硅硼摻雜非晶硅（背面）硼摻雜非晶硅減反射膜（背面）6退火磷擴散透明導電膜（背面）刻蝕掩膜7AlOx鈍化去PSG&去繞鍍透明導電膜（正面）SiOx鈍化激光開槽8減反射膜（背面）AlOx鈍化

26、絲網印刷減反射膜（正面）刻蝕9減反射膜（正面） 減反射膜（正面）銀漿固化減反射膜（背面）本征氫化非晶硅（背面）10絲網印刷減反射膜（背面）光注入激光開槽（PN隔離）磷摻雜非晶硅（背面）11燒結絲網印刷測試分選絲網印刷刻蝕12測試分選燒結燒結透明導電膜（背面）13光注入光注入激光開槽（PN隔離）14測試分選測試分選絲網印刷15銀漿固化16光注入17測試分選13數據來源：光伏盒子公眾號，摩爾光伏公眾號，數據來源：光伏盒子公眾號，摩爾光伏公眾號，PVPV- -TechTech公眾號公眾號，愛旭股份對外投資公告，索比光伏網，天風證券研究所愛旭股份對外投資公告，索比光伏網，天風證券研究所1.6 IBC1

27、.6 IBC國內產能梳理：國內產能梳理：HPBCHPBC有望成為新亮點有望成為新亮點表：國內電池片企業在表：國內電池片企業在IBCIBC電池領域布局電池領域布局IBC：中環股份、中來股份、國電投（黃河水電）等。HPBC：隆基股份；2022年HPBC擴產有望超預期，利好激光設備企業：帝爾激光。ABC：愛旭股份。公司公司IBCIBC產能規劃產能規劃隆基股份2022年1月24日，隆基計劃在泰州隆基電池廠內，在原年產2GW單晶電池項目的基礎上對生產線進行技術提升改造，改建成8條HPBC高效單晶電池產線，預計形成年產4GW電池片產線。投資總額為20億元，每GW成本為5億元。愛旭股份2021年4月24日，

28、愛旭股份發布對外投資公告，珠海年產6.5GW新世代高效晶硅太陽能電池建設項目投資金額為54億元（含流動資金）；義烏年產10GW新世代高效太陽能電池項目第一階段2GW建設項目，投資金額為17億元（含流動資金）。國電投（黃河水電）2019年黃河水電投產國內第一條200MW n型IBC電池產線，量產平均效率超23%。中來股份2018年從n-PERT改造實現IBC電池量產，擁有150 MW的n型IBC產能，量產平均效率為22.8%。中環股份1）曾為2.1GW IBC太陽能電池生產廠融資2億美元；2）2019年控股MAXEON，2021年6月推出MAXEN Air無邊框組件，采用IBC技術。鈣鈦礦電池：

29、鈣鈦礦電池：有望成為高效電池黑馬有望成為高效電池黑馬214請務必閱讀正文之后的信息披露和免責申明15數據來源：索比光伏網，公眾號：協鑫集成科技，天風證券研究所數據來源：索比光伏網，公眾號：協鑫集成科技，天風證券研究所2.1 2.1 鈣鈦礦電池：有望成為高效電池黑馬鈣鈦礦電池：有望成為高效電池黑馬 鈣鈦礦電池：鈣鈦礦電池：命名取自俄羅斯礦物學家Perovski的名字,結構為ABX3以及與之類似的晶體統稱為鈣鈦礦物質。鈣鈦礦型太陽能電池,即perovskite solar cells,是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池,屬于第三代太陽能電池。 鈣鈦礦太陽能電池，采用具有鈣

30、鈦礦晶體結構的有機無機雜化的金屬鹵化物作為吸光層。鈣鈦礦指代一大類具有與此類礦物相同晶體結構的化合物，把結構與之類似的晶體統稱為鈣鈦礦物質。其化學成分簡寫為AMX3，其中A通常代表有機分子，M代表金屬（如鉛或錫），X代表鹵素（如碘或氯）。鈣鈦礦太陽能電池世界最高光鈣鈦礦太陽能電池世界最高光電轉換效率記錄已達到電轉換效率記錄已達到25.225.2，鈣鈦礦與晶硅疊層電池的效率已經達到，鈣鈦礦與晶硅疊層電池的效率已經達到29.15%29.15%。 鈣鈦礦電池結構：鈣鈦礦電池結構：以反型平面鈣鈦礦電池為例,自下往上依次為：玻璃、透明電極（FTO或ITO）、電子傳輸層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層、金屬電極。圖

31、：鈣鈦礦電池示意圖圖：鈣鈦礦電池示意圖表：表：20092009- -20202020年鈣鈦礦電池實驗室最高轉換效率年鈣鈦礦電池實驗室最高轉換效率16數據數據來源：公眾號：德來源：公眾號：德滬涂膜設備，愛疆科技，天風證券研究所滬涂膜設備，愛疆科技，天風證券研究所2.2 2.2 鈣鈦礦電池特點鈣鈦礦電池特點 鈣鈦礦電池優點：鈣鈦礦電池優點：（1）高光電轉換效率 ：光電轉換效率飛速增長。（2）液相法制備：與傳統的晶體生長或真空處理不同，可對鈣鈦礦太陽能電池板進行固溶處理，從而有望實現鈣鈦礦太陽能電池組件的超快印刷和較低的制造成本。（3）重量輕：鈣鈦礦太陽能電池重量輕且具有高的功率重量比。（4）柔性：

32、鈣鈦礦太陽能電池組件可以很容易的做成柔性，并可在電子產品的創意設計中實現。結合解決打印技術，可以通過高速卷對卷工藝實現大規模生產。（5）彩色半透明：鈣鈦礦太陽能材料可以被化學改性為彩色和半透明的薄膜，使應用多樣化。（6）室內性能優良：室內和弱光下的高效能量轉換可以應用于攜帶電子設備的任何地方持續供電。 鈣鈦礦電池缺點：鈣鈦礦電池缺點：（1）不耐用：作為一種離子晶體材料，鈣鈦礦材料可謂是非常脆弱，不同材料與結構可能存在不耐高溫、不耐光照、易水解、易氧化、易發生二次反應等缺陷?，F階段的鈣鈦礦電池壽命短，穩定性差，效率衰減過快，無法滿足工業化生產的需要，一直是制約推廣的最大障礙。（2）涂覆技術不成熟

33、：鈣鈦礦層沒法均勻涂抹在設備表面，對器件性能有明顯負面影響，需要開發更好的噴涂工藝。（3）實際效率可能低：鈣鈦礦普遍使用TCO（透明導電氧化物）薄膜收集電流，而此類材料的一些物理性質會造成光損失，且隨著面積的增大愈發明顯，這導致鈣鈦礦組件的效率會明顯低于單體電池。（4）不環保：鈣鈦礦材料是鉛鹵鈣鈦礦，但鉛是一種有毒重金屬，對環境等危害。17數據來源：索比光伏網，天風證券研究所數據來源：索比光伏網，天風證券研究所2.3 2.3 鈣鈦礦電池器件結構鈣鈦礦電池器件結構 鈣鈦礦太陽能電池大致可以分為鈣鈦礦太陽能電池大致可以分為正置正置(n(n- -i i- -p)p)結構結構和和倒置倒置(p(p- -

34、i i- -n)n)結構結構兩大類。兩大類。 正置結構鈣鈦礦太陽能電池正置結構鈣鈦礦太陽能電池PSCs源于DSSCs，而DSSCs結構是電極/金屬氧化物半導體/染料/電解質/對電極，與此類似的常規PSCs結構是正置結構。正置結構器件又可以分成2種：第一種：第一種：nipnip介孔介孔PSCsPSCs，如下圖a，一般的結構形式為透明電極(FTO 或ITO 導電玻璃) / 致密層/ 介孔支架層(TiO2 、ZnO 等金屬氧化物)/ 鈣鈦礦層/空穴傳輸層( Spiro-MeOTAD、PTAA或聚噻吩等) / 金屬對電極(Ag、Au 或石墨烯等) 。 其中最典型的結構為FTO/c-TiO2/m-TiO

35、2/ 鈣鈦礦材料/Spiro-MeOTAD/Au。第二種：第二種：nipnip平面異質結平面異質結PSCsPSCs，如下圖，如下圖b b，不使用介孔支架層，直接在致密層上制備鈣鈦礦層，一般的結構形式為透明電極/致密層/鈣鈦礦層/空穴傳輸層/金屬對電極。 這類電池光生載流子(電子和空穴)的激發、分離以及傳 輸都有鈣鈦礦層的參與。 倒置結構鈣鈦礦太陽能電池倒置結構鈣鈦礦太陽能電池pinpin型型PSCsPSCs，是在nip型PSCs基礎上衍生出來的結構相反的電池，先在透明電極沉積空穴傳輸層，制備鈣鈦礦光吸收層，電子傳輸層制備在鈣鈦礦層和金屬對電極之間。避免介孔支架層的高溫燒結過程，更適用于柔性電池

36、器件的制備，典型的結構為ITO/PEDOTPSS/MAPbI3/PCBM/Al。圖：鈣鈦礦電池器件結構圖：鈣鈦礦電池器件結構18數據來源：索比光伏網，天風證券研究所數據來源：索比光伏網，天風證券研究所2.4 2.4 鈣鈦礦電池效率進展鈣鈦礦電池效率進展 2015年，牛津大學教授Henry Snaith等多位專家合作論文中預測,未來如果將最好的硅組件和鈣鈦礦器件合理地整合在一起，在不用大幅改動兩者制造技術的情況下就可以獲得超過30%的效率。 鈣鈦礦CIGS疊層結構最早由斯坦福大學在2015年制備，效率18.6%。 2020年初, 由美國國家可再生能源實驗室 (NREL) 發布, 德國海姆霍茲柏林

37、材料所 (HZB) 研發出了效率為29.15%的鈣鈦礦/硅兩端 TSCs(1.06 cm2 )，打破之前由牛津光伏創造的28%的記錄，使得光電轉換效率超過 30%的可能性進一步提高。 2018年鈣鈦礦/晶硅疊層電池取得了突破性進展，EPFL制備出了基于雙面制絨硅底電池的疊層電池，獲得25.2%的轉換效率。英國Oxford PV公司基于同樣的思路將鈣鈦礦/晶硅疊層電池效率提高到28%。如能進一步減少器件中載流子復合,提高開路電壓；改善器件電學傳輸特性，獲得更高填充因子，則這種疊層電池效率有望突破晶硅電池29%的理論效率極限。 我國南開大學通過在迎光面引入倒金字塔陷光結構，并在鈣鈦礦電池中采用溶劑

38、工程，匹配頂/底電池的光電流，使鈣鈦礦/晶硅疊層電池效率達到23.73%，創造我國該類電池最高效率。表：表：20202020年鈣鈦礦年鈣鈦礦/ /晶硅疊層電池效率進展晶硅疊層電池效率進展序號序號單位單位電池結構電池結構技術特點技術特點效率效率Eff(%)Eff(%)數據來源數據來源1德國海姆霍茲柏林材料所 鈣鈦礦/晶硅雙面制絨硅底電池29.15NREL20202英國牛津光伏公司等鈣鈦礦/晶硅雙面制絨硅底電池28CPIA2019.33美國卡來羅納大學等鈣鈦礦/晶硅晶粒調控降低開路電壓損失提升短路電流25.44瑞士洛桑聯邦理工學院等 鈣鈦礦/晶硅雙面制絨硅底電池25.25中國南開大學鈣鈦礦/晶硅倒

39、金字塔陷光結構、 溶劑工程、匹配頂/底電池電流23.7319數據來源：索比光伏網，天風證券研究所數據來源：索比光伏網，天風證券研究所2.5 2.5 鈣鈦礦電池制備方法鈣鈦礦電池制備方法 兩步溶液旋涂法：兩步溶液旋涂法：把CH3NH3I和PbI粉體分別溶于DMF(或 DMSO)和異丙醇中。將PbI2溶液旋涂在FTO/ETL基板上，退火干燥或等溶劑自然揮發得到PbI2薄膜，再將CH3NH3I溶液涂覆在PbI2上，使兩者反應;；經退火處理后得到鈣鈦礦薄膜。 電池結構及鈣鈦礦薄膜表面：電池結構及鈣鈦礦薄膜表面：鈣鈦礦太陽能電池光伏特性的關鍵在于薄膜形貌，良好的薄膜制備工藝可以得到光滑無缺陷的表面，大尺

40、寸的晶粒和少量的晶界。通過在MAI溶液中加入少量極性溶劑DMF有助于改善成膜質量，隨著MAI溶液濃度的增加,鈣鈦礦表面發白現象逐漸明顯。 旋涂法：旋涂法：可分為一步旋涂法和兩步旋涂法。優點：操作簡便，可通過調節轉速控制薄膜厚度。但由于自身的缺陷，旋涂法制備的薄膜會出現涂膜不均的問題。一步反溶劑誘導快速結晶沉積法通過旋涂鈣鈦礦前驅液并用氯苯進行反溶劑萃取，得到致密均勻的鈣鈦礦薄膜。采用乙醚/ 正己烷的混合反溶劑來增加鈣鈦礦晶粒的成核密度，減緩晶體生長速度，得到光滑的鈣鈦礦薄膜。圖：兩步溶液旋涂法圖：兩步溶液旋涂法圖：電池結構及鈣鈦礦薄膜表面圖：電池結構及鈣鈦礦薄膜表面圖：旋涂法圖：旋涂法20數據

41、來源：索比光伏網，天風證券研究所數據來源：索比光伏網，天風證券研究所2.5 2.5 鈣鈦礦電池制備方法鈣鈦礦電池制備方法 軟膜覆蓋沉積法軟膜覆蓋沉積法(SCD)(SCD)：首先，將聚酰亞胺(PI)膜平鋪于基底上，從一側注入PbI2溶液，利用毛細力使PbI2擴散到整個基底。然后將PI膜剝離，用另一個PI覆蓋并浸入CH3NH3I/異丙醇溶液中獲得鈣鈦礦層。由于覆蓋膜阻止溶劑蒸發到空氣中，因此，鈣鈦礦前驅液在沸點下保持熱穩定,從而易得無針孔、大晶粒且表面光滑的鈣鈦礦薄膜。目前的軟膜覆蓋沉積技術為沉積大面積、均勻的鈣鈦礦薄膜提供一種新的、非旋涂的方法,并適用于剛性和柔性的鈣鈦礦器件。 板壓法：板壓法：

42、與軟膜覆蓋沉積法有相似之處，該方法無需溶劑與真空條件，而是引入CH3 NH2氣體分別到CH3NH3I和PbI2中，得到CH3NH3I3CH3NH2和PbI2CH3NH2的混合前驅液。先將此前驅液滴加到FTO/ETL上，然后覆蓋聚酰亞胺(PI)薄膜。利用擠壓板施加壓力,從而使前驅液均勻擴散。由于氣體分子的相互作用較弱，加壓過程會使CHNH氣體逸出。待氣體完全揮發后，撕下PI膜,即可得到致密且均勻的鈣鈦礦薄膜，其膜厚可通過改變壓力的大小來調節。與旋涂法相比,板壓法制備的鈣鈦礦薄膜晶粒尺寸更大( 8001000nm) 、覆蓋更均勻。圖：軟膜覆蓋沉積法圖：軟膜覆蓋沉積法( SCD)( SCD)圖：板壓

43、法圖：板壓法21數據來源：索比光伏網，天風證券研究所數據來源：索比光伏網，天風證券研究所2.5 2.5 鈣鈦礦電池制備方法鈣鈦礦電池制備方法 氣固反應法：氣固反應法：主要包括物理氣相沉積和化學氣相沉積。傳統的氣固反應往往在高真空環境中進行, 因而受環境濕度影響較小，因此實驗重現性較好,但存在真空倉易受污染的問題。該方法1）將PbI2旋涂到70 的ITO/HTL上，退火10 min；2）將CH3NH3I /乙醇均勻地噴涂在80 的基底表面；3）兩個基底扣合在真空干燥器中，利用化學氣相沉積形成鈣鈦礦薄膜。圖：氣固反應法圖：氣固反應法圖：柔性鈣鈦礦組件生產工藝圖：柔性鈣鈦礦組件生產工藝圖：鈣鈦礦組件

44、生產工藝圖：鈣鈦礦組件生產工藝22數據來源：索比光伏網，天風證券研究所數據來源：索比光伏網，天風證券研究所2.6 2.6 鈣鈦礦電池研究突破點：缺陷鈍化技術鈣鈦礦電池研究突破點：缺陷鈍化技術 有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池具有極低制造成本和高功率轉換效率的特點，發展前景廣闊。 薄膜缺陷長期制約鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率和器件穩定性的發展。目前，針對鈣鈦礦薄膜缺陷的 鈍化思路主要是在前驅液中添加鈍化劑，調整鈣鈦礦結晶速度增強結晶度，及鈍化晶界缺陷降低缺陷濃度和能級陷階深度?，F有鈍化材料主要包括以下幾種。 (1) (1) 鈣鈦礦前驅體：鈣鈦礦前驅體：為鈍化鈣鈦礦的晶界，研究者們提出非化學計量的方法

45、，即在前驅液中配制過量 PbI.2 或MAI前驅體實現“自鈍化”效應。 (2) (2) 堿金屬元素：堿金屬元素：堿金屬元素能有效鈍化鈣鈦礦薄膜缺陷。 Lee等發現，無添加 Na + 的鈣鈦礦薄膜裸露面積大，呈針狀形貌；而在 MAI. 和 PbI.2 的前驅體溶液中添加 Na +后，Na +將和 PbI.2 形成中間相，阻礙 PbI.2 結晶和抑制形成針狀鈣鈦礦相，從而提高鈣鈦礦結晶均勻性和薄膜平整度。 因此，電池漏電流顯著減小，Voc 由0.87劇增到1.05 V；電荷傳輸能力增強和復合損失也有明顯降低，實現 Jsc (17.1319.33mA/cm2 ) 和FF(68.08%74.69%)顯

46、著提高 。研究表明，K+也能起到提高薄膜平整度類似的效果 。 (3) (3) 有機分子：有機分子：富勒烯是一類典型的鈣鈦礦鈍化劑材料。研究表明，PCBM可鈍化 Pb-I. 的反位缺陷，形成PCBM-鹵化物自由基。根據密度泛函理論計算結果，當在 Pb-I. 反位缺陷附近引入PCBM，PCBM與鈣鈦礦表面的基態波函數雜化巨 Pb-I. 反位缺陷引起的深陷階態將變淺。 黃勁松課題組通過熱退火的方法，促使 PCBM擴散到鈣鈦礦薄膜的晶界和表面的缺陷處，缺陷態密度降低了兩個數量級，器件性能顯著提高，并巨有效消除光電流滯后效應。 (4) (4) 路易斯酸路易斯酸/ /堿：堿：路易斯酸和路易斯堿分別指的是可

47、接受和給予電子對的物質。在鈣鈦礦薄膜上存在欠配位的鹵化物陰離子(路易斯堿)及 Pb 離子(路易斯酸) 。 通過路易斯酸-堿絡合物鈍化，可降低薄膜缺陷密度，提高電池效率及穩定性。 (5) (5) 疏水基團材料：疏水基團材料：鑒于鈣鈦礦薄膜表面分子具有最高的活性和擴散性，并巨更容易受到水分和氧氣的侵蝕，引進疏水性材料也能較好鈍化薄膜缺陷。23數據來源：索比光伏網，天風證券研究所數據來源：索比光伏網，天風證券研究所2.7 2.7 鈣鈦礦電池商業化嘗試鈣鈦礦電池商業化嘗試 目前全球代表性研究小組、相關企業已逐漸進行鈣鈦礦電池商業化嘗試。 國內黎元新能源科技有限公司、杭州纖納光電科技有限公司、蘇州協鑫納

48、米科技有限公司正進行鈣鈦礦電池相關嘗試。表：鈣鈦礦相關企業表：鈣鈦礦相關企業企業名稱企業名稱概況概況英國Oxford PV公司全球少數幾家嘗試將鈣鈦礦電池技術產業化的公司,其鈣鈦礦/HJT疊層結構達到28%（1cm）的世界效率記錄。公司與Meyer Burger先后簽訂了兩批獨家戰略合作協議,第一條100MW HJT生產線訂單已于8月初交付,其鈣鈦礦/HJT疊層電池量產效率達27%。該公司計劃于2020年年底之前在德國Brandeburg an der Havel建立一條250MW的高效率的硅鈣鈦礦串聯硅太陽能電池生產線,預計轉換效率將達30%。澳大利亞Greatcell公司2017年7月,G

49、reatcell宣布與晶科新能源、新加坡南洋科技大學簽署鈣鈦礦太陽能電池研發合作協議。2018年12月,公司宣布破產。廈門惟華光能有限公司目前有一條鈣鈦礦電池中試產線,并宣布其鈣鈦礦電池實驗室最高轉換效率已達到20.3%,5cm5cm組件轉換效率達10.3%,2016年被協鑫收購。黎元新能源科技有限公司公司與上海交大韓禮元教授合作,開發了效率達12.1%大面積（36.12%）鈣鈦礦太陽能電池,進軍產業化領域。杭州纖納光電科技有限公司成立于2015年,2017年12月實現了大面積鈣鈦礦電池效率新突破。2018年10月總投資54億元的5GW鈣鈦礦工廠開工建設,已建成20MW中試線,效率為15-16

50、%。蘇州協鑫納米科技有限公司目前協鑫納米已率先建成10MW級別大面積鈣鈦礦組件中試生產線,制造的鈣鈦礦光伏組件尺寸為45cm*65cm,光電轉化效率達到15.3%。正在建設中的100MW量產生產線,將把組件面積擴大至1m*2m,組件光電轉化效率將提高至18%以上,計劃于2020年實現鈣鈦礦光伏組件的商業化生產。24請務必閱讀正文之后的信息披露和免責申明風險提示：風險提示：1）宏觀環境與政策風險：基建和地產投資大幅下滑等；2）行業競爭風險：電池片行業競爭激烈；3）電池片技術路徑變化風險：HJT、TOPCon、IBC等電池路線迭代較快等風險提示風險提示請務必閱讀正文之后的信息披露和免責申明股票投資