鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是利用鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料作為吸光材料的太陽(yáng)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(lèi)型，具有高能量轉(zhuǎn)化效率、價(jià)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(diǎn)

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(xiàn)開(kāi)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(wèn)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(chǎng)景中的實(shí)證落地與數(shù)據(jù)閉環(huán)，這是對(duì)技術(shù)和市場(chǎng)接受度的雙重考驗(yàn)。

產(chǎn)業(yè)化路徑上，單層鈣鈦礦短時(shí)間內(nèi)無(wú)法和晶硅電池正面競(jìng)爭(zhēng)，疊層有望率先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化：目前，在傳統(tǒng)晶硅電池價(jià)格已降至1元/W，且實(shí)際使用壽命接近30年的情況下，單節(jié)鈣鈦礦在短時(shí)間內(nèi)難以和晶硅電池在大規(guī)模集中式電站場(chǎng)景正面競(jìng)爭(zhēng)，鈣鈦礦要實(shí)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(diǎn)，滿(mǎn)足了長(zhǎng)時(shí)間發(fā)電、透光度以及美觀等需求，可與薄膜電池充分競(jìng)爭(zhēng)，在BIPV、幕墻、CIPV等小眾市場(chǎng)擁有一席之地；另一方面，通過(guò)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(chǎng)景里，可以通過(guò)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?、BOS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(xiàn)

鈣鈦礦具有“效率+工藝+成本”優(yōu)勢(shì)

沿著第一S曲線(xiàn)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(xiàn)連續(xù)增長(zhǎng)，必定會(huì)遭遇極限點(diǎn)，幾乎所有行業(yè)發(fā)展都逃不開(kāi)S型曲線(xiàn)。PERC電池、N型電池等都是沿著晶硅光伏第一曲線(xiàn)內(nèi)的連續(xù)性創(chuàng)新。鈣鈦礦是第二曲線(xiàn)，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(xiàn)。

晶硅電池的理論效率為29.4%，經(jīng)過(guò)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(jiǎn)單：鈣鈦礦組件在一個(gè)工廠(chǎng)就可完成生產(chǎn)，整個(gè)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(yáng)能中短波長(zhǎng)和長(zhǎng)波長(zhǎng)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(huì)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(duì)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(shí)驗(yàn)室效率33.9%，2024年底有望在平米級(jí)組件效率突破26%，實(shí)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?xún)r(jià)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(cè)，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(chǎng)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(gè)步驟之間相互解耦，四端方案兼容所有晶硅路線(xiàn)，對(duì)于鈣鈦礦電池廠(chǎng)只需采購(gòu)晶硅電池片完成組件級(jí)疊層即可量產(chǎn)。頭部鈣鈦礦廠(chǎng)商憑借其大面積制備工藝優(yōu)勢(shì)主推四端疊層，目前協(xié)鑫光電已有組件級(jí)疊層方案，實(shí)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(diǎn)在于鈣鈦礦層和晶硅層電池的電壓不匹配的問(wèn)題。

兩端方案在晶硅產(chǎn)線(xiàn)基礎(chǔ)上延伸，是傳統(tǒng)晶硅大廠(chǎng)主推路線(xiàn)。兩端方案在晶硅產(chǎn)線(xiàn)上延伸，兼容現(xiàn)有產(chǎn)能，是晶硅廠(chǎng)商的主推方案。該方案在晶硅表面直接鍍膜，無(wú)需TCO玻璃這類(lèi)價(jià)值量較高的額外輔材，相對(duì)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(zhǎng)的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。兩端方案的難點(diǎn)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(xiàn)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(dòng)GW產(chǎn)線(xiàn)，產(chǎn)業(yè)巨頭跨界布局

頭部企業(yè)GW級(jí)量產(chǎn)線(xiàn)有望2024年落地。目前鈣鈦礦行業(yè)格局可大致分為3個(gè)梯隊(duì)：第3梯隊(duì)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(duì)的鈣鈦礦電池廠(chǎng)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(diǎn)在產(chǎn)線(xiàn)調(diào)試；第1梯隊(duì)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(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的中試線(xiàn)調(diào)試，開(kāi)始啟動(dòng)量產(chǎn)線(xiàn)，在2023年陸續(xù)開(kāi)始GW產(chǎn)線(xiàn)招標(biāo)，2024年開(kāi)始部分產(chǎn)線(xiàn)投產(chǎn)，側(cè)重點(diǎn)在產(chǎn)品提效和增強(qiáng)穩(wěn)定性。目前行業(yè)平米級(jí)組件效率達(dá)到19%以上，比去年提升3pct。

量產(chǎn)線(xiàn)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(xiàn)尺寸主要有0.6*1.2m和1*2m兩個(gè)版型，量產(chǎn)線(xiàn)在這個(gè)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(zhǎng)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(lái)做鈣鈦礦晶硅四端疊層做準(zhǔn)備。

傳統(tǒng)晶硅廠(chǎng)商跑步入場(chǎng)鈣鈦礦光伏。經(jīng)過(guò)頭部鈣鈦礦企業(yè)對(duì)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(duì)成熟，疊層擴(kuò)產(chǎn)的前提已經(jīng)具備，多家晶硅大廠(chǎng)在疊層路線(xiàn)上加大資本開(kāi)支。晶硅廠(chǎng)商在人力、物力、財(cái)力相對(duì)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(shí)代、比亞迪、京東方等企業(yè)跨界布局鈣鈦礦。寧德時(shí)代目前已有100瓦中試線(xiàn)，并且同時(shí)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(fǎng)談了解，日本東麗的涂覆設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)在面板和鈣鈦礦層制備的共用。面板廠(chǎng)商憑借自身的工藝優(yōu)勢(shì)切入鈣鈦礦領(lǐng)域，在產(chǎn)能和工藝精度上具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)?？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(dòng)將會(huì)促使行業(yè)快速發(fā)展。

材料、設(shè)備、工藝不斷趨同：?jiǎn)喂?jié)電池核心工藝為4道鍍膜和4道劃線(xiàn)。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(guò)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(xiàn)穿插在整個(gè)鍍膜過(guò)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(mǎn)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(jià)和價(jià)值量占比來(lái)看

涂布機(jī)：用于鈣鈦礦層制備，價(jià)值量合計(jì)1500萬(wàn)元，價(jià)值量占比13%，目前市場(chǎng)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(tái)，價(jià)值量合計(jì)2000萬(wàn)元，價(jià)值量占比17%；目前市場(chǎng)主要供應(yīng)商為京山輕機(jī)、德國(guó)萊寶、梅耶博格、湖南紅太陽(yáng)等；

RPD反應(yīng)等離子沉積設(shè)備：電子傳輸層一臺(tái)，價(jià)值量合計(jì)2000萬(wàn)元，價(jià)值量占比17%；目前市場(chǎng)主要供應(yīng)商為捷佳偉創(chuàng)、韓國(guó)SNTEK等；

激光設(shè)備：P1-P2-P3三道激光劃線(xiàn)各一臺(tái)，P4激光清邊需一臺(tái)，價(jià)值量合計(jì)1500萬(wàn)元，價(jià)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(zhǎng)期穩(wěn)定性以及降低成本等問(wèn)題。

大面積制備時(shí)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(shí)導(dǎo)致的薄膜產(chǎn)生位錯(cuò)、間歇缺陷，產(chǎn)生較多的晶界，形成復(fù)合，因此工藝放大過(guò)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(shí)，在激光劃線(xiàn)過(guò)程中，需要優(yōu)化激光工藝降低激光劃刻對(duì)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(zhǎng)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(wèn)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(wú)機(jī)雜化的配方，但各家有獨(dú)特的添加劑和穩(wěn)相劑，通過(guò)添加劑和穩(wěn)相劑的摻雜來(lái)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(lái)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(duì)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(wèn)題。目前極電和纖納已通過(guò)IEC61215/61730，具備25年理論壽命，但仍需做全壽命的加速老化實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證其長(zhǎng)壽命。目前沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的壽命檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，鈣鈦礦是新生技術(shù)，存在時(shí)間尚短且變化較快，不能準(zhǔn)確論證組件壽命。預(yù)計(jì)在2024年會(huì)有更多企業(yè)取得IEC認(rèn)證，通過(guò)加強(qiáng)版認(rèn)證。

投資邏輯

組件端

技術(shù)路線(xiàn)上，目前傳統(tǒng)晶硅光伏產(chǎn)業(yè)組件端已處于產(chǎn)能過(guò)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(duì)晶硅很難具備性?xún)r(jià)比。當(dāng)鈣鈦礦組件效率在20%時(shí)，其組件成本大約在0.8元/W，該成本當(dāng)晶硅組件價(jià)格位于1.3元/W以上時(shí)具備顯著性?xún)r(jià)比。但目前來(lái)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(xiàn)降低電站系統(tǒng)造價(jià)，經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)勢(shì)顯著。疊層路線(xiàn)通過(guò)效率的大幅提升，在降低組件單W成本的同時(shí)，大幅攤薄BOS成本，從而改善電站的IRR和LCOE指標(biāo)。對(duì)比提升20%電池效率和降低同等比例電池成本的兩個(gè)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?jiàn)對(duì)于光伏技術(shù)而言，提效比降本對(duì)電站端吸引力更大。頭部廠(chǎng)商協(xié)鑫光電的技術(shù)路線(xiàn)為四端疊層，同時(shí)晶硅廠(chǎng)也在密集布局鈣鈦礦疊層，說(shuō)明代表傳統(tǒng)光伏產(chǎn)業(yè)對(duì)疊層電池商業(yè)邏輯的認(rèn)可。

投資時(shí)點(diǎn)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(yàn)證，屆時(shí)有望開(kāi)始進(jìn)入銷(xiāo)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(shí)點(diǎn)。

標(biāo)的選擇上，應(yīng)盡可能選擇在技術(shù)、團(tuán)隊(duì)配置、股東和融資能力上沒(méi)有明顯短板，且有亮點(diǎn)的企業(yè)。目前光伏大環(huán)境下，光伏投資熱度必然會(huì)有回落再回升的過(guò)程，如果企業(yè)不能在熱度下降前儲(chǔ)備足夠多的現(xiàn)金過(guò)冬的話(huà)，等到市場(chǎng)熱度下來(lái)之后，將面臨融資困難的問(wèn)題，預(yù)期頭部企業(yè)會(huì)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(jī)放量順序考慮，創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展初期，設(shè)備廠(chǎng)商將會(huì)最先收益，激光設(shè)備技術(shù)路徑相對(duì)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(jì)到2030年，全球鈣鈦礦設(shè)備新增市場(chǎng)空間將達(dá)322億元，2023-2030年CAGR約為171%，對(duì)應(yīng)的玻璃/封裝材料/靶材的市場(chǎng)空間分別達(dá)到284/54/236億元。

風(fēng)險(xiǎn)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(lè)觀，仍在低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)的僵持狀態(tài)，組件價(jià)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(jià)格預(yù)計(jì)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(guò)差異化競(jìng)爭(zhēng)，在BIPV、消費(fèi)電子、CIPV等小眾領(lǐng)域有部分市場(chǎng)。

底層技術(shù)進(jìn)展沒(méi)有明確時(shí)點(diǎn)預(yù)期

鈣鈦礦面臨壽命及穩(wěn)定性尚未得到充分驗(yàn)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(wèn)題解決后，才能推進(jìn)量產(chǎn)進(jìn)度，如上述問(wèn)題解決較慢，則產(chǎn)業(yè)化時(shí)間將向后推移，形成較大的投資風(fēng)險(xiǎn)。

    本文作者：金睿

現(xiàn)任錫創(chuàng)投雙碳節(jié)能團(tuán)隊(duì)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(xiàng)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(dòng)了無(wú)錫市相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈強(qiáng)鏈、延鏈、補(bǔ)鏈。