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钙钛矿电池具有带隙可灵活调节、开路电压更高、距离理想带隙更近、理论光电效率更高等特点，因此是光伏行业备受瞩目的研究方向。下图展示了一个典型的钙钛矿电池以及钙钛矿的晶格结构，其中的钙钛矿层（蓝色层）相当于晶硅电池中的衬底，电子和空穴在这一层产生后通过电子传输层（粉色层）和空穴传输层（绿色层）分别集流至透明导电玻璃电极和金属电极实现发电。
图：钙钛矿电池及钙钛矿晶格结构
资料来源：国投泰康信托、公开资料整理
钙钛矿电池除了上述发电指标的优点外，其生产过程减少了高温高压或真空步骤，能耗和投资成本更低、钙钛矿材料的原材料成本较低，远期理论成本远低于目前的晶硅电池。这些特点的主要原因在于钙钛矿不同于晶硅的晶格结构。钙钛矿电池是由分子式为ABX3的材料构成，一般为立方体或八面体形状，该结构最早被发现于钛酸钙（CaTiO3）化合物，因此而得名。
钙钛矿晶格从2009年被首次应用于制备光伏电池以来，到目前不过15年的发展历程，但其光电效率从最初的3.8%提升至目前的26%以上，在科学研究方面取得了突飞猛进的成果。但从产业化角度判断，钙钛矿电池由于通过有机材料在低温工艺制备，其稳定性相对较差，户外使用寿命远低于晶硅电池；其次，尽管钙钛矿电池制备流程少于晶硅，但其规模化生产仍处于早期阶段，单位制备成本远高于晶硅电池。
图：钙钛矿主要材料及设备
资料来源：国投泰康信托
单节钙钛矿电池的制备材料在过去15年的发展中日臻稳定，目前业界主要的公关方向在基于代表材料进行可量产化的提效、降本尝试。以国内某头部钙钛矿电池制造企业为例，其主要工艺流程如下。
图：钙钛矿电池制造工艺
资料来源：国投泰康信托，行业内部访谈
首先在FTO玻璃上通过PVD制作空穴传输层，然后进行激光P1划线，把空穴层电极划开，然后在上面涂布钙钛矿层，采用行业较为主流的涂布结晶工艺。钙钛矿层制备完成后，在上面用PVD或RPD工艺制作电子传输层，然后进行激光P2划线，再在上面用PVD制作背电极，然后进行激光P3划线和激光P4清边，最后进行封装。
在上述工艺流程中，最为困难的是钙钛矿层的制备。我们可以看到在整体钙钛矿电池的制备工艺中以PVD为主，但最为核心的钙钛矿层主要使用涂布或蒸镀工艺，尤其是涂布工艺几乎从未在晶硅或薄膜电池中被使用过，其应用最为广泛的新能源领域是锂电行业。这导致了钙钛矿电池制备需要解锁一个全新的工艺流程。而另一方面，钙钛矿电池要求的薄膜厚度低、尺寸更大、结晶速率要快，很难在涂布应用领域找到参照。行业内对于结晶的控制并没有形成统一意见，这意味着所有从事钙钛矿研发量产的企业都必须自己开发出相对应的结晶方案。
另外一个难点是钙钛矿电池稳定性较差，易水解、高温易分解、温度变化下相变、光照和氧气作用下发生光致分解等。目前业界普遍采用POE+丁基胶的封装方式，基本解决了外部的水氧因素导致的衰减，但大面积钙钛矿电池的寿命是否足以满足10年以上的户外持续发电需求仍缺乏实证案例。
我们曾经在《一文看懂光伏行业投资逻辑》文章中详细阐述了光伏如何从一个成本高昂、应用范围有限的“高精尖”技术发展成为目前遍及全球、成本低廉的清洁电力万亿市场。我们一起回顾光伏行业发展的三大规律如下：
光伏摩尔定律：过去平均每三年技术迭代一次，并带来光伏平均量产转换效率相对提升10%。但随着行业的不断壮大和技术瓶颈收窄，技术迭代时间拉长，效率提升速度放缓，即新的技术更容易预测，但更不容易变革。
非合作不成功规律：电池片是技术变革的核心和起点，但上下游极为垂直且集中度高，技术改进需要上下游多方面的配合、打磨，才能最终形成确定可行的新一代行业标准。
领头羊效应：新技术破局需要有人身先士卒，尤其以行业龙头的垂范极为重要，前期跑通技术路径、完成“实验室-中试-量产”的降本增效初步路径，是头部企业的战略定位、保持市场份额的必然要求，也是光伏行业赋予其的独特使命。
图：光伏电池效率提升示意图
资料来源：国投泰康信托
当下光伏行业发展至以TOPCon为主流的N型时代，但晶硅电池效率逐步逼近理论极限，钙钛矿电池凭借其优异的光电转化表现和巨大的降本空间而有可能成为替代传统晶硅电池的颠覆性技术。
目前国内钙钛矿单线最大产能在百MW级，最大尺寸约2平方米，大尺寸钙钛矿电池效率已突破20%。涌现出以协鑫、极电等为代表的非晶硅企业，同时，以隆基、晶科为代表的传统晶硅企业也在钙钛矿电池领域进行布局。
正如同20年前的晶硅电池一样，钙钛矿电池也必将经历较长的科学研究和产业化探索，除钙钛矿电池生产企业外，还可关注设备端的涂布、ALD、VCD等标的以及材料端的TCO靶材、组件封装等标的。
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