鈣鈦礦太陽能電池是利用鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代薄膜電池，包括單結(jié)鈣鈦礦電池和鈣鈦礦疊層電池兩種類型，具有高能量轉(zhuǎn)化效率、價格低、重量輕、柔性大等特性。當(dāng)前晶硅電池效率逐漸接近29.4%的理論效率極限，而鈣鈦礦單結(jié)電池的肖克利-奎伊瑟（S-Q）理論效率極限為33.7%，全鈣鈦礦疊層電池的理論效率極限可達(dá)44%。

核心觀點

產(chǎn)業(yè)化階段上，鈣鈦礦目前仍處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的初期階段：雖然近期有產(chǎn)業(yè)巨頭跑步入局和GW線開工，但鈣鈦礦電池距離商業(yè)化仍有不小的距離。一方面，配方、設(shè)備及工藝仍在不斷迭代與完善中，壽命和大面積制備的問題嚴(yán)重制約其大規(guī)模商用的可能性；另一方面，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加速亟需在不同應(yīng)用場景中的實證落地與數(shù)據(jù)閉環(huán)，這是對技術(shù)和市場接受度的雙重考驗。

產(chǎn)業(yè)化路徑上，單層鈣鈦礦短時間內(nèi)無法和晶硅電池正面競爭，疊層有望率先實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化：目前，在傳統(tǒng)晶硅電池價格已降至1元/W，且實際使用壽命接近30年的情況下，單節(jié)鈣鈦礦在短時間內(nèi)難以和晶硅電池在大規(guī)模集中式電站場景正面競爭，鈣鈦礦要實現(xiàn)商業(yè)化突破，必然要差異化。一方面，鈣鈦礦電池憑借弱光性以及顏色可定制的特點，滿足了長時間發(fā)電、透光度以及美觀等需求，可與薄膜電池充分競爭，在BIPV、幕墻、CIPV等小眾市場擁有一席之地；另一方面，通過疊層技術(shù)，疊層鈣鈦礦電池在轉(zhuǎn)換效率上，相比傳統(tǒng)晶硅電池呈現(xiàn)明顯代際差，在組件占電站投資總成本比例較低的場景里，可以通過提高組件效率提升單位面積組件功率，進(jìn)而降低單W分?jǐn)偟娜斯ぁOS成本等電站投入，從而降低電站度電成本LCOE。

行業(yè)概況

光伏行業(yè)的第二曲線

鈣鈦礦具有“效率+工藝+成本”優(yōu)勢

沿著第一S曲線本身的創(chuàng)新叫做連續(xù)性創(chuàng)新，它是漸進(jìn)性的改良和發(fā)展。但沿著同一條曲線連續(xù)增長，必定會遭遇極限點，幾乎所有行業(yè)發(fā)展都逃不開S型曲線。PERC電池、N型電池等都是沿著晶硅光伏第一曲線內(nèi)的連續(xù)性創(chuàng)新。鈣鈦礦是第二曲線，即非連續(xù)性創(chuàng)新，是光伏行業(yè)在晶硅技術(shù)達(dá)到極限之前發(fā)現(xiàn)的第二曲線。

晶硅電池的理論效率為29.4%，經(jīng)過60余年的發(fā)展，其轉(zhuǎn)換效率才從5%發(fā)展至26.81%，而鈣鈦礦僅用十余年就完成了效率突破。鈣鈦礦接力成為第三代電池技術(shù)，潛力巨大，原因如下：1）理論效率顯著高于晶硅：鈣鈦礦單結(jié)電池理論效率可達(dá)33%，疊層效率可達(dá)44%；2）工藝流程簡單：鈣鈦礦組件在一個工廠就可完成生產(chǎn)，整個工藝流程只需要45分鐘，且能耗低，單W制造能耗不及晶硅1/10；3）降本空間大：規(guī)?；蟪杀居型抵?.5元/W。

鈣鈦礦疊層電池是鈣鈦礦與其他光伏技術(shù)的結(jié)合，綜合利用太陽能中短波長和長波長能量，在單節(jié)電池基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高效率。鈣鈦礦電池透光性好、短波吸光能力強(qiáng)、成本低，是疊層電池中頂電池的理想選擇；晶硅帶隙和鈣鈦礦匹配度最高，是底電池的理想選擇。因此鈣鈦礦晶硅疊層既能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的發(fā)電表現(xiàn)，又不會增加太多的物料成本，是目前潛力最大的可商用疊層方案。疊層電池的成本相對晶硅組件的增量主要在于鈣鈦礦部分的多層鍍膜，這部分材料用量少成本低。鈣鈦礦晶硅疊層效率理論極限44%，目前實驗室效率33.9%，2024年底有望在平米級組件效率突破26%，實現(xiàn)商業(yè)化。

隨著光伏技術(shù)的不斷進(jìn)步，PERC電池將被淘汰，HJT、BC及鈣鈦礦疊層電池將憑借其優(yōu)秀的性價比加速滲透。鈣鈦礦晶硅疊層目前處于研發(fā)和中試階段，根據(jù)ITRPV預(yù)測，2025年后有望大規(guī)模量產(chǎn)。

鈣鈦礦晶硅疊層分為兩端和四端方案，鈣鈦礦電池廠主推四端方案。四端方案是大面積鈣鈦礦組件與晶硅并聯(lián)形成的電池，并聯(lián)結(jié)構(gòu)下鈣鈦礦電池和晶硅電池分步制備，各個步驟之間相互解耦，四端方案兼容所有晶硅路線，對于鈣鈦礦電池廠只需采購晶硅電池片完成組件級疊層即可量產(chǎn)。頭部鈣鈦礦廠商憑借其大面積制備工藝優(yōu)勢主推四端疊層，目前協(xié)鑫光電已有組件級疊層方案，實現(xiàn)了1.7m2疊層組件26.4%的轉(zhuǎn)換效率，目前需要克服的產(chǎn)業(yè)化難點在于鈣鈦礦層和晶硅層電池的電壓不匹配的問題。

兩端方案在晶硅產(chǎn)線基礎(chǔ)上延伸，是傳統(tǒng)晶硅大廠主推路線。兩端方案在晶硅產(chǎn)線上延伸，兼容現(xiàn)有產(chǎn)能，是晶硅廠商的主推方案。該方案在晶硅表面直接鍍膜，無需TCO玻璃這類價值量較高的額外輔材，相對四端方案成本更低。但兩端疊層技術(shù)難度大，目前處于產(chǎn)業(yè)化早期階段，相比四端方案需要更長的時間才能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。兩端方案的難點在于需在晶硅的不平整表面制備鈣鈦礦層，且不同晶硅路線疊層的制備工藝存在較大差別。

產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展：產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程提速

頭部企業(yè)啟動GW產(chǎn)線，產(chǎn)業(yè)巨頭跨界布局

頭部企業(yè)GW級量產(chǎn)線有望2024年落地。目前鈣鈦礦行業(yè)格局可大致分為3個梯隊：第3梯隊里面新融資的創(chuàng)業(yè)公司目前仍處于技術(shù)積累和放大階段，主要任務(wù)在于突破效率紀(jì)錄；第2梯隊的鈣鈦礦電池廠如仁爍光能、脈絡(luò)能源、光晶能源等經(jīng)歷了技術(shù)放大的階段，2024年陸續(xù)進(jìn)行百兆瓦中試，側(cè)重點在產(chǎn)線調(diào)試；第1梯隊的頭部企業(yè)如協(xié)鑫光電、極電光能、纖納光電等陸續(xù)經(jīng)過了長時間的中試線調(diào)試，開始啟動量產(chǎn)線，在2023年陸續(xù)開始GW產(chǎn)線招標(biāo)，2024年開始部分產(chǎn)線投產(chǎn)，側(cè)重點在產(chǎn)品提效和增強(qiáng)穩(wěn)定性。目前行業(yè)平米級組件效率達(dá)到19%以上，比去年提升3pct。

量產(chǎn)線尺寸進(jìn)一步放大，便于適配大板型晶硅組件制作疊層電池。鈣鈦礦行業(yè)中試線尺寸主要有0.6*1.2m和1*2m兩個版型，量產(chǎn)線在這個面積基礎(chǔ)上進(jìn)一步放大。協(xié)鑫光電尺寸放大至1.2*2.4m，極電光能放大至1.2*2.3m。都是在1.2m寬幅基礎(chǔ)上，根據(jù)各家需求確定版型長度，總體都在2.8平米左右。面積放大一方面可以攤薄成本，另一方面也是為將來做鈣鈦礦晶硅四端疊層做準(zhǔn)備。

傳統(tǒng)晶硅廠商跑步入場鈣鈦礦光伏。經(jīng)過頭部鈣鈦礦企業(yè)對行業(yè)生態(tài)的持續(xù)培育，鈣鈦礦材料、工藝、設(shè)備已相對成熟，疊層擴(kuò)產(chǎn)的前提已經(jīng)具備，多家晶硅大廠在疊層路線上加大資本開支。晶硅廠商在人力、物力、財力相對早期只有創(chuàng)業(yè)公司投入的生態(tài)截然不同，鈣鈦礦疊層技術(shù)有望加速。

寧德時代、比亞迪、京東方等企業(yè)跨界布局鈣鈦礦。寧德時代目前已有100瓦中試線，并且同時布局疊層電池。京東方的OLED面板和鈣鈦礦制備的工藝存在共性，都是大面積鍍膜，需要用到涂布、蒸鍍等方案，據(jù)訪談了解，日本東麗的涂覆設(shè)備可以實現(xiàn)在面板和鈣鈦礦層制備的共用。面板廠商憑借自身的工藝優(yōu)勢切入鈣鈦礦領(lǐng)域，在產(chǎn)能和工藝精度上具有競爭優(yōu)勢?？缃琮堫^具備創(chuàng)業(yè)公司不具備的資源，鈣鈦礦技術(shù)一旦出現(xiàn)突破，技術(shù)擴(kuò)散和人才流動將會促使行業(yè)快速發(fā)展。

材料、設(shè)備、工藝不斷趨同：單節(jié)電池核心工藝為4道鍍膜和4道劃線。量產(chǎn)電池的結(jié)構(gòu)主要是反式鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，具體工藝是在TCO玻璃基底上逐層鍍膜形成鈣鈦礦電池。TCO玻璃本身包含了一層電極，所以鍍膜過程是依次沉積空穴傳輸層、鈣鈦礦層、電子傳輸層、電極等膜層。空穴傳輸層主要采用磁控濺射工藝，鈣鈦礦層主要采用狹縫涂覆工藝，電子傳輸層主要采用RPD、蒸鍍工藝、電極主要采用PVD工藝，4道激光劃線穿插在整個鍍膜過程中。吸光層鈣鈦礦層是關(guān)鍵，核心指標(biāo)是結(jié)晶效果。鈣鈦礦層中飽滿且取向一致的晶粒是其發(fā)電效果的必要保證。鈣鈦礦層必須用到狹縫涂覆工藝，搭配干燥、退火工藝才能形成良好的結(jié)晶效果。

從設(shè)備單價和價值量占比來看

涂布機(jī)：用于鈣鈦礦層制備，價值量合計1500萬元，價值量占比13%，目前市場主要供應(yīng)商為上海德滬和日本東麗等；

PVD磁控濺射設(shè)備：空穴傳輸層、背電極各一臺，價值量合計2000萬元，價值量占比17%；目前市場主要供應(yīng)商為京山輕機(jī)、德國萊寶、梅耶博格、湖南紅太陽等；

RPD反應(yīng)等離子沉積設(shè)備：電子傳輸層一臺，價值量合計2000萬元，價值量占比17%；目前市場主要供應(yīng)商為捷佳偉創(chuàng)、韓國SNTEK等；

激光設(shè)備：P1-P2-P3三道激光劃線各一臺，P4激光清邊需一臺，價值量合計1500萬元，價值量占比13%，主要供應(yīng)商為大族激光、德龍激光、杰普特、邁為股份、帝爾股份等。

產(chǎn)業(yè)化挑戰(zhàn)：

穩(wěn)定性、大尺寸效率及規(guī)?；当?/span>

目前鈣鈦礦進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，核心需要解決大面積鈣鈦礦薄膜制備、長期穩(wěn)定性以及降低成本等問題。

大面積制備時需要保證鍍膜質(zhì)量并且減少激光死區(qū)面積：鈣鈦礦在大面積成膜時導(dǎo)致的薄膜產(chǎn)生位錯、間歇缺陷，產(chǎn)生較多的晶界，形成復(fù)合，因此工藝放大過程中獲得大面積、高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜仍有工藝和技術(shù)難題需要突破。同時，在激光劃線過程中，需要優(yōu)化激光工藝降低激光劃刻對鈣鈦礦層的損傷等，盡可能減少死區(qū)。

鈣鈦礦穩(wěn)定性與組件長周期運(yùn)行：目前鈣鈦礦電池“在一定光照及溫度條件下，接通電路進(jìn)行發(fā)電”的穩(wěn)定性和壽命，仍是制約鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化的首要問題，目前產(chǎn)業(yè)界已有一定的各自解決思路和技術(shù)方案包。首先，在鈣鈦礦材料本征穩(wěn)定性層面，需要建立高穩(wěn)定性材料體系配方，目前各家主材是差不多的，主要是甲脒基的有機(jī)無機(jī)雜化的配方，但各家有獨特的添加劑和穩(wěn)相劑，通過添加劑和穩(wěn)相劑的摻雜來保持鈣鈦礦層相的穩(wěn)定；其次，在電荷傳輸層、空穴傳輸層上，需要進(jìn)行功能層間的表面鈍化來抑制鈣鈦礦層的離子遷移到其他功能層導(dǎo)致鈣鈦礦材料的流失；最后，封裝層面，鈣鈦礦材料對水氧極其敏感，在潮濕和光照的環(huán)境下易發(fā)生分解，需要采用合適的封裝等手段解決封裝層面的問題。目前極電和纖納已通過IEC61215/61730，具備25年理論壽命，但仍需做全壽命的加速老化實驗以驗證其長壽命。目前沒有專門的壽命檢驗標(biāo)準(zhǔn)，鈣鈦礦是新生技術(shù)，存在時間尚短且變化較快，不能準(zhǔn)確論證組件壽命。預(yù)計在2024年會有更多企業(yè)取得IEC認(rèn)證，通過加強(qiáng)版認(rèn)證。

投資邏輯

組件端

技術(shù)路線上，目前傳統(tǒng)晶硅光伏產(chǎn)業(yè)組件端已處于產(chǎn)能過剩階段，隨著晶硅成本持續(xù)處于低位，鈣鈦礦單節(jié)電池短期相對晶硅很難具備性價比。當(dāng)鈣鈦礦組件效率在20%時，其組件成本大約在0.8元/W，該成本當(dāng)晶硅組件價格位于1.3元/W以上時具備顯著性價比。但目前來看，晶硅組件成本與鈣鈦礦量產(chǎn)預(yù)期組件成本接近，嚴(yán)重影響了單節(jié)鈣鈦礦電池在大規(guī)模地面電站端的商業(yè)邏輯。

疊層路線降低電站系統(tǒng)造價，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢顯著。疊層路線通過效率的大幅提升，在降低組件單W成本的同時，大幅攤薄BOS成本，從而改善電站的IRR和LCOE指標(biāo)。對比提升20%電池效率和降低同等比例電池成本的兩個方案，前者可使得電站端初始投資降低13%，后者僅能降低4%?？梢妼τ诠夥夹g(shù)而言，提效比降本對電站端吸引力更大。頭部廠商協(xié)鑫光電的技術(shù)路線為四端疊層，同時晶硅廠也在密集布局鈣鈦礦疊層，說明代表傳統(tǒng)光伏產(chǎn)業(yè)對疊層電池商業(yè)邏輯的認(rèn)可。

投資時點上，盡管鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)仍處于從0-1階段，但其效率提升速度快、潛力大。預(yù)期到2025年，極電光能、協(xié)鑫光電等將完成商業(yè)化驗證，屆時有望開始進(jìn)入銷售放量，2024年進(jìn)行光伏逆周期投資新質(zhì)生產(chǎn)力鈣鈦礦頭部企業(yè)，或是較好的投資時點。

標(biāo)的選擇上，應(yīng)盡可能選擇在技術(shù)、團(tuán)隊配置、股東和融資能力上沒有明顯短板，且有亮點的企業(yè)。目前光伏大環(huán)境下，光伏投資熱度必然會有回落再回升的過程，如果企業(yè)不能在熱度下降前儲備足夠多的現(xiàn)金過冬的話，等到市場熱度下來之后，將面臨融資困難的問題，預(yù)期頭部企業(yè)會強(qiáng)者恒強(qiáng)，率先進(jìn)入商業(yè)化階段。

材料和設(shè)備端

從業(yè)績放量順序考慮，創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展初期，設(shè)備廠商將會最先收益，激光設(shè)備技術(shù)路徑相對明確，涂布及鍍膜設(shè)備技術(shù)路徑未定。其次，TCO玻璃、封裝材料端、靶材端等關(guān)鍵輔材確定性較高。預(yù)計到2030年，全球鈣鈦礦設(shè)備新增市場空間將達(dá)322億元，2023-2030年CAGR約為171%，對應(yīng)的玻璃/封裝材料/靶材的市場空間分別達(dá)到284/54/236億元。

風(fēng)險提示

光伏行業(yè)加速產(chǎn)能出清

當(dāng)前光伏下游需求情況不樂觀，仍在低價競爭的僵持狀態(tài)，組件價格普遍跌到1元/W以下，大部分企業(yè)成本難再支撐，目前出清尚未完成，短期組件價格預(yù)計較難止跌。光伏行業(yè)想重回健康發(fā)展，需耐心等待此輪出清結(jié)束，否則鈣鈦礦短期內(nèi)只能通過差異化競爭，在BIPV、消費電子、CIPV等小眾領(lǐng)域有部分市場。

底層技術(shù)進(jìn)展沒有明確時點預(yù)期

鈣鈦礦面臨壽命及穩(wěn)定性尚未得到充分驗證和大面積制備的難題，只有在底層基礎(chǔ)科學(xué)的層面把上述問題解決后，才能推進(jìn)量產(chǎn)進(jìn)度，如上述問題解決較慢，則產(chǎn)業(yè)化時間將向后推移，形成較大的投資風(fēng)險。

    本文作者：金睿

現(xiàn)任錫創(chuàng)投雙碳節(jié)能團(tuán)隊投資助理，悉尼大學(xué)金融學(xué)碩士，擁有3年投資從業(yè)經(jīng)歷，投資領(lǐng)域覆蓋新能源、先進(jìn)裝備等；已投項目包括領(lǐng)聲科技、道爾奇、為恒智能、星驅(qū)科技等，有效推動了無錫市相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈強(qiáng)鏈、延鏈、補(bǔ)鏈。