資本熱捧、產線落地……鈣鈦礦即將成為新一代光伏電池革命的引領者？
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這個誕生于2009年的新技術，僅用十年時間就完成了從技術發現到實驗室轉換效率突破25%的“壯舉”，而晶體硅電池則用了足足六十余年。
鈣鈦礦的高速發展讓市場看到了下一代光伏技術的肇始，眾多資本爭相涌入這一新賽道。據不完全統計，2021年鈣鈦礦光伏領域至少吸引了85億元投資。到了2022年,淡馬錫投資、紅杉中國、IDG資本、招銀國際等對協鑫光電、纖納光電等鈣鈦礦企業的投資也仍未停止，相關企業投后估值已超百億。
在此背景下，鈣鈦礦產業化進展也迎來了明顯加速。協鑫光電、纖納光電、極電光能的100MW、100MW、150MW鈣鈦礦生產線已正式運行，GW級產線均在規劃中，最快將于2023年下半年投產。
本報告將通過梳理鈣鈦礦電池產業鏈，詳細闡述鈣鈦礦生產領域所涉設備、材料的種類和性能，組件的不同類別、技術優缺點及產業化趨勢。同時，報告也將剖析鈣鈦礦電池產業化當下面臨的主要問題，以及各環節主要廠商的布局和最新技術進展。
全文篇幅較長，主要從以下方面展開：
1.鈣鈦礦電池簡介
1.1 鈣鈦礦獨具四大優勢
1.2 資本密集布局，產業化進程提速
2.鈣鈦礦電池產業鏈之設備
2.1 鍍膜設備價值量占比高
2.2 激光設備需求不斷增長
3.鈣鈦礦電池產業鏈之材料
3.1材料體系尚未定型，不同膜層均有多種選擇
3.2 TCO玻璃是最核心材料
4.鈣鈦礦電池產業鏈之組件
4.1單結電池結構簡單，轉換效率仍有提升空間
4.2疊層電池轉換效率高，但多處于試驗階段
5.鈣鈦礦電池產業化難題
5.1大面積組件光電轉換效率低
5.2組件穩定性差
5.3結晶工藝存不確定性
6.結語
1.鈣鈦礦電池簡介
1.1鈣鈦礦電池獨具四大優勢
根據不同的技術路線，太陽能電池可大致分為晶硅電池、薄膜電池、鈣鈦礦電池等。
對于光伏電池各個技術路線而言，轉換效率的高低決定了其未來的發展潛力。相比較晶硅而言，鈣鈦礦具備三大核心優勢：光電特性非常好、原材料豐富且易于合成、生產工藝流程短。
資料顯示，單結晶硅電池的理論極限效率約為29%，從實際情況來看，目前晶科能源182TOPCon電池轉換效率約為26.4%；隆基綠能的P型HJT電池、無銦HJT電池目前的最高轉換效率則達到26.56%、26.09%。
而鈣鈦光伏電池的單結理論效率可達31%；鈣鈦礦疊層電池，包括晶硅/鈣鈦礦的雙結疊層轉換效率可達35%，鈣鈦礦三結層電池理論效率可達45%以上，因此被業內認為有望成為下一代主流光伏技術。
制備成本方面，硅料價格的持續上漲使得下游電池和組件廠商利潤承壓均出現一定程度的下滑。而PSCs制作過程無需硅料，制作金屬鹵化物鈣鈦礦所需原材料儲量豐富，價格低廉，且前驅液的配制不涉及任何復雜工藝，對純度要求不高，后續組件對加工環境要求也不高，組件生產過程不需要晶硅電池的千度左右的加工溫度，在生產過程中的能耗比較低，多數環節也不需要真空環境。目前，鈣鈦礦組件成本結構占比最多的是電極材料，達37%，鈣鈦礦自身材料成本占比僅為5%，鈣鈦礦組件未來仍有較大的降本空間。
設備投資方面，晶硅電池在四個不同工廠內分別加工硅料、硅片、電池、組件，此過程需要至少耗時3天，而PSCs的生產流程簡單，可在45分鐘內將玻璃、膠膜、靶材、化工原料在單一工廠內加工成為組件，產業鏈顯著縮短，價值高度集中。
立鼎產業研究統計了纖納光電、協鑫納米、牛津光伏等三家公司公布的數據，以達到1GW產能需要的投資金額來對比，晶硅的硅料、硅片、電池、組件全部加起來，需要大約9億-10億元的投資規模，而鈣鈦礦實現1 GW產能需要的投資金額約為5億元左右，是晶硅的一半左右，比起投資更高的第二代GaAs薄膜太陽能電池，成本更是只有1/10。
1.2資本密集布局，產業化進程提速
2021年以來鈣鈦礦一級市場投資持續火熱，多方巨頭入場鈣鈦礦。除了騰訊、碧桂園等跨界入局之外，一眾專業投資機構紛紛參與鈣鈦礦電池企業融資，如三峽資本領投纖納光電C 輪融資、凱輝能源基金領投協鑫光電過億融資、高瓴資本領投曜能科技數千萬A輪融資等。
“市場對鈣鈦礦技術的關注度越來越高，多方都愿意入股。2020年協鑫光電（協鑫集團控股子公司）尋找投資人時，還沒有這樣的關注度。” 協鑫光電董事長范斌稱。
新興企業的技術進展不斷吸引眼球，包括極電光能、曜能科技、協鑫光電、纖納光電等；多家A股光伏龍頭企業也已開展布局，包括隆基綠能（601012.SH）、晶科能源（688223.SH）、通威股份（600438.SH）等。
盡管目前鈣鈦礦太陽能電池尚處于產業化早期，其配方、設備、工藝等仍處不斷迭代階段。但自2022年以來，鈣鈦礦電池產業化進程明顯加快。據業內專家透露，極電光能2022年底150MW小線投產；杭州纖納光電投產100MW，協鑫光電、眾能光電、萬度光等多家企業搭建中試線，加速規模量產驗證進程，多條百兆瓦產線、GW級產線規劃中。
中商產業研究院指出，2022年鈣鈦礦電池滲透率不足1%，2030年有望增長至30%。業內公司對于鈣鈦礦產業化前景更為樂觀，在極電光能聯合創始人、總裁于振瑞看來，“2023年，鈣鈦礦光伏產品將在各種場景下得到應用，預計各類BIPV、分布式光伏等項目上都能看到鈣鈦礦光伏產品的身影。”
中金公司研究預計，2023年鈣鈦礦行業中試線擴產規模或達1000-1200MW，同比2022年的350MW增長接近兩倍；2023年上半年協鑫光電、纖納光電、極電光能或率先啟動行業首批GW級產能的建設和招標活動；且2023年至2024年，預計各家一級市場鈣鈦礦公司融資輪次有望繼續向前推進。
中金公司稱，鈣鈦礦已經邁過從0-1的階段，即將迎來從1-N的全新階段。
2.鈣鈦礦電池之設備
基于當前企業的產能規劃，中金公司預計2026年鈣鈦礦電池國內總產能突破25GW，預計鈣鈦礦電池制造行業、設備行業2026年產值有望分別突破400億元、100億元。
而浙商證券對2020-2030年鈣鈦礦太陽能電池市場空間進行測算更為樂觀，假設10年間鈣鈦礦電池滲透率從0增長至30%，至2030年，鈣鈦礦設備市場空間有望達到836億元。
鈣鈦礦電池的核心設備包括鍍膜設備、激光設備、層壓設備，并輔以清洗、干燥及各類自動化設備，相較于晶硅電池由硅料、硅片、電池廠、組件的多廠組合生產結構，鈣鈦礦電池由一條生產線即可組成生產線，實現生產成本的降低。
鍍膜設備（PVD設備）、涂布設備、激光設備、封裝設備為鈣鈦礦電
池制備四大設備。
據頭豹研究院汽車行業分析師鮑金玲介紹，PVD設備不僅應用在鈣鈦礦電池，晶硅電池的生產也需要，其他的行業生產也有可能會用到PVD技術，目前PVD鍍膜設備占鈣鈦礦整線的價值比例大概在50%左右；激光設備精度要求高于傳統光伏、接近于半導體工藝，需求更為明確。
鮑金玲稱，四大設備中涂布設備難度更大，因為鈣鈦礦是把鹵化物溶液涂在玻璃或者硅片上，溶液結晶，形成光伏的吸光材料；由于目前沒有任何生產活動需要這樣的結晶工藝，因此需重新開發適合鈣鈦礦生產的薄膜設備，主要設備商是美國或日本、韓國企業，本土設備商主要有德滬涂膜（市占率約70%）、中能光電。
長江證券指出，當前鈣鈦礦電池技術整體仍處于產業化初期，擴產規模較小。設備廠商提前與鈣鈦礦廠商進行合作研發、驗證，將充分受益后續鈣鈦礦電池擴產放量。
2.1鍍膜設備價值量占比高
鍍膜設備（PVD設備）是鈣鈦礦電池核心設備，技術較為成熟，價值量占比高。
PVD（物理氣相沉積）設備并非新概念，其在半導體&HJT領域已有應用，技術較為成熟。鈣鈦礦生產線中，PVD設備主要用途為給電子傳輸層、空穴傳輸層以及電極等進行鍍膜，因此一條生產線可能需要多套設備，這使得目前PVD鍍膜設備占鈣鈦礦整線的價值比例高達50%左右。
根據具體工藝不同，PVD設備可分為蒸鍍設備、磁控濺射設備。此外，還有原理相近的日本住友開發的反應等離子體鍍膜（RPD）設備。RPD的優點是可以減少對鈣鈦礦電池的轟擊損害，有利于提高轉換效率和良率，缺點是設備的價格較為昂貴。
東吳證券電新首席證券分析師曾朵紅測算，百MW級鈣鈦礦產線的核心總投資額約1.2億元，其中鍍膜設備、激光設備、涂布設備、封裝設備投資比例為50%：25%：15%：10%。
具體來看，生產百MW級鈣鈦礦電池需要鍍膜設備3臺（2臺PVD，單價1000萬/臺；1臺PRD，單價2000萬/臺）、激光設備3-4臺(大多數4臺)，總價值量1000-1500萬；涂布設備單臺1000+萬/臺，濕法制備需2臺，鈣鈦礦層+鈍化層合計2000萬+；封裝設備1臺，單臺價值1200萬左右，連同后道設備價值量共3000萬元以上。
總的來說，鍍膜設備總投資額占比最高，未來鍍膜設備國產化是鈣鈦礦生產降本主要途徑，后續GW級設備投資預計為7億-8億元/GW。
鍍膜設備一般用于制備陽極緩沖層、陰極緩沖層、背電極。國內主要鈣鈦礦電池鍍膜設備商如下：
京山輕機（000821.SZ）是目前上市公司中在鈣鈦礦設備領域布局較為全面的企業之一。
京山輕機全資子公司晟成光伏早在2021 年5 月與協鑫光電就鈣鈦礦疊層電池技術達成合作開發協議；2022 年6 月宣布鈣鈦礦電池團簇型多腔式蒸鍍設備現已量產。據晟成光伏內部人士透露，公司推出的PVD濺射設備已成熟，蒸鍍設備也已實現多個客戶的出貨，此外公司與高校合作開發的空間式ALD設備正在客戶端驗證，該設備解決了傳統ALD設備效率低的問題，有望在電子傳輸層中實現應用。
1月29日，京山輕機發布業績預告，預計2022年實現凈利2.8億-3.2億元，同比增長92%-119%。京山輕機稱，2022年晟成光伏新簽訂單數和年底在手訂單數、銷售收入和凈利均實現同比大幅增長。
浙商證券認為，京山輕機布局PVD、ALD、團簇型多腔室蒸鍍設備、組件封裝設備等，已實現量產并成功應用于多個客戶端，將具備鈣鈦礦電池整線設備交付能力，如保持先發優勢、將充分受益鈣鈦礦產業化浪潮。
捷佳偉創（300724.SZ）此前在接受機構調研時表示，公司重視鈣鈦礦技術，當前行業量產比較少，主要在中試環節，核心設備公司都有相關技術儲備。鈣鈦礦整體技術路線、工藝路線多樣，有些成熟設備已經得到下游客戶的認可。公司2022年實現了PRD設備、蒸鍍設備訂單的落地，其中PRD設備進展較快，客戶反饋良好。此外，公司鈣鈦礦整線設備的研發已完成，目前正在與下游客戶接洽溝通過程中。
2.2激光設備需求不斷增長
光伏產品對于光電轉換效率“錙銖必較”，激光可用于摻雜、開槽、轉印、無損劃片以及打孔技術等，能有效提高光電轉換效率，是光伏技術升級的必備“武器”。
據華安證券機械行業首席研究員張帆介紹，2021~2023年光伏用激光設備（不含組件環節及鈣鈦礦技術）市場總規模約83億元，2022、2023年市場總量22.46億、43.39億元（同比增長34%/93%)。隨著光伏N型電池片產能放量，且新技術不斷迭代，光伏激光設備需求不斷增長。
目前百兆瓦級別鈣鈦礦光伏產線中激光設備價值量約為1000萬元，鈣鈦礦產能提升將提高激光設備保持同一精度的難度，同時生產商的經驗將隨著激光設備出貨量的提升而改善，國泰君安預計在這兩個因素的共同影響下GW級產線的激光設備價值量約為1億元/GW。
國泰君安資深分析師周天樂預計，激光設備作為標準配置，將伴隨鈣鈦礦產能快速擴張同步放量，預計2023-2026年國內新增激光設備市場規模為 1.2億/4.8億/10億/15億元。
據悉，現階段鈣鈦礦激光設備尚未實現標準化，各鈣鈦礦組件生產商均與上游激光企業開展合作共同研發激光設備，能夠快速推出滿足鈣鈦礦生產高精度要求的激光設備提供商將占據先發優勢。
A股公司中，帝爾激光（300776.SZ）主營應用于光伏產業的精密激光加工設備。公司多項新技術實現突破，電池片方面，在IBC、TOPCon、HJT、鈣鈦礦等激光技術上，均有全新激光技術覆蓋；組件方面，公司在薄膜打孔、切割、激光無損劃片擁有相關技術儲備，其中激光無損劃片、疊瓦已有量產設備交付。據公司董秘劉志波介紹，鈣鈦礦的膜層往上依次為TCO層、鈣鈦礦層、電極層，公司激光產品在每一層都有相應的應用，同時，還可以考慮在邊絕緣上的應用。
德龍激光（688170.SH）聚焦于半導體、光學、顯示及消費電子等領域的激光精細微加工設備業務，激光設備營收占比長期超過 70%。公司目前已經突破了鈣鈦礦P0（激光打標）、P1-P3及P4全套激光加工設備生產工藝，Micro-LED激光巨量轉移設備已經通過客戶測試，同時公司的在研項目鋰電池電芯激光除膜工藝進展順利，以上新項目有望在2023年開始放量。
杰普特（688025.SH）是全球市占率最高的MOPA脈沖激光器生產商，2021年MOPA脈沖激光器出貨量約為2.5萬臺，市占率接近70%。相比于其他類型的激光器，使用MOPA激光器進行極片切割性價比更高、技術更成熟。
公司利用在MOPA激光器領域的優勢順利切入鋰電池激光加工設備和鈣鈦礦設備業務領域。據杰普特內部人士透露，公司鈣鈦礦激光設備已推出二代產品方案，涵蓋P1-P3薄膜劃切工藝段及P4清邊工藝四臺設備及前后小型自動化設備。分析人士認為，隨著鈣鈦礦技術產業化推進，杰普特相關設備配套需求靜待放量。
3.鈣鈦礦電池之材料
鈣鈦礦電池所需的材料包括封裝材料和電極材料，其中TCO玻璃是最核心的封裝材料。從成本構成來看，玻璃及其他封裝材料占比最高，占比34%，其次是電極材料（靶材），占比約30.9%。
3.1材料體系尚未定型，不同膜層均有多種選擇
目前，鈣鈦礦材料體系尚未定型，不同膜層均有多種選擇。
封裝材料中，產業上常用的TCO導電玻璃分為ITO、FTO和AZO玻璃三類，FTO的導電性能與ITO相比稍顯遜色，但具有成本低、膜層硬、光學性能適宜等優點，目前是應用于光伏玻璃領域的主流產品。AZO的光電性能與ITO相近，且AZO原材料簡單易得，生產成本低，在未來產業化的進程中具備重大潛力。
在電子傳輸層，二氧化鈦(TiO2)是最早且應用最為廣泛的電子傳輸層材料，主要得益于二氧化鈦與鈣鈦礦的能級較為匹配，能夠有效實現電子傳輸并阻擋空穴，而且價格較為便宜，但 TiO2 制備過程中往往需要進行 500℃以上的高溫燒結以提升傳輸性能，這一過程制約了 TiO2在柔性襯底上的應用和其產業化的進程。SnO2電導率和載流子遷移率較高，且制備溫度較低，是較為理想的電子傳輸層材料。因此目前SnO2被產業界廣泛研究，以期在產業化進程中實現對TiO2的替代。
鈣鈦礦吸光層采用的材料一般為有機-無機混合鈣鈦礦化合物前驅液，目前主流工藝多采用MAPbI3等。鈣鈦礦電池的原材料儲備極為豐富，且配制前驅體溶液不含復雜工藝，對試劑純度要求不高。
空穴傳輸層（HTL）材料可分為有機材料和無機材料兩大類。產業端多采用無機材料來代替有機材料，以提升電池壽命、降低生產成本。常用的無機空穴材料包括Cu2O、CuI、CuSCN、NiOx等。無機空穴傳輸層還具有穩定性好、空穴遷移率高、光學帶隙寬等優勢，但目前HTL采用無機材料時，鈣鈦礦電池的效率表現不及使用有機空穴傳輸材料。
此外，產業端多采用銅、銀等金屬電極，或金屬氧化物等作為電極層材料，碳電極也在嘗試中。
據東吳證券測算，若2030年鈣鈦礦組件產量為95GW，對應鈣鈦礦材料市場空間28億元，玻璃市場空間259億元（FTO玻璃182億元，背板玻璃77億元），封裝材料市場空間98億元（POE膠膜及丁基膠各49億元），靶材市場空間105億元，玻璃及靶材因單位成本占比較高，價值量空間較大。
3.2 TCO玻璃是最核心材料
TCO玻璃即透明導電氧化物鍍膜玻璃，通過在平板玻璃表面鍍上一層透明的導電氧化薄膜，使得玻璃具有透光和導電的作用，從而能夠有效地收集光生載流子，而不能引入不必要的串聯電阻，其膜材料主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其復合多元氧化物薄膜材料。
由于薄膜電池組件中間半導體層幾乎沒有橫向導電性能，因此無論是薄膜電池組件還是鈣鈦礦電池組件，TCO導電玻璃都是必不可少的材料。目前國內TCO玻璃售價（不含稅）約為60元/平米，業內人士指出，隨著規模化生產以及技術提升，未來有望下降至40元/平米。以此測算，TCO玻璃的全球市場空間約為100億元，國內市場空間約為57億元。
目前全球TCO玻璃的供應主要集中在板硝子、旭硝子等國外企業。金晶科技已于今年建成國內第一條TCO玻璃產線，另外洛陽玻璃、旗濱、南玻等企業前期均在TCO玻璃工藝、技術上有布局。
據悉，TCO玻璃的原片是超白浮法玻璃，目前具備超白浮法玻璃原片產能的企業僅10家，主要集中在南玻、金晶、旗濱、信義等頭部企業，總產能約13850 T/D，由于TCO玻璃原片-超白浮法玻璃產能已嚴禁新增，因此沒有原片產能儲備的企業將更難參與TCO玻璃市場。
金晶科技（600586.SH）是目前國內唯一能夠量產TCO玻璃的企業，公司現有兩條年產1500萬平米的TCO玻璃產線，擁有自主知識產權，另有兩條原片產線儲備，同時公司在馬來西亞建設的1條TCO玻璃產線也有望于今年投產，預計總產能或超過6000萬平米。
金晶TCO玻璃產品性能得到國內外客戶的認可，已實現向國際薄膜電池巨頭First Solar供貨。國內方面，公司于2022年10月與國內鈣鈦礦電池研發生產領先企業纖納光電簽訂《戰略合作協議》，根據合作協議，公司需根據纖納光電未來的鈣鈦礦擴產規劃，投資建設相應的TCO玻璃產線，以滿足纖納光電的生產需求。纖納光電未來若每增加1GW 的鈣鈦礦電池產能規劃，公司需配套不低于500萬平米/年TCO玻璃產能。國海證券預計2022-2024年公司TCO玻璃營業收入7.95億、10.60億、27.00億元，毛利率36.72%、39.15%、41.11%。
此外，旗濱集團（601636.SH）早期與著名鍍膜技術供應商美國阿克瑪公司、英國浮法玻璃咨詢公司（FGC公司）進行了TCO技術轉讓和合作，公司于2010年12月合2012年5月相繼點火了兩條TCO玻璃生產線，產能分別為600T/D和800T/D，后因公司戰略轉變而未實際生產TCO玻璃。公司目前仍有原片產能儲備，后續若薄膜組件需求放量，公司有重新進入TCO玻璃市場的可能。
4.鈣鈦礦電池之組件
鈣鈦礦電池現階段的研究方向主要為單結電池和多結疊層電池，兩種電池形式各有所長。
單結鈣鈦礦電池不需要依托PN結（由一個N型摻雜區和一個P型摻雜區緊密接觸所構成）就能產生光生伏特效應，結構簡單；搭配其他半導體材料實現疊層的多結鈣鈦礦電池則可以覆蓋大部分帶隙，實現光子全方位吸收，進而帶動電池效率成倍增長。
多家機構認為擁有高效率的疊層鈣鈦礦電池才是王道，范斌則表示，扎實做好單結鈣鈦礦才是行業發展的根本。
范斌此前接受媒體采訪時稱，不管用什么樣的疊層，首先都要把鈣鈦礦做好。公司曾投入不少資源進行異質結上鈣鈦礦的疊層開發，后來發現在玻璃上做鈣鈦礦的量產工藝還沒有完全開發好的時候，進行鈣鈦礦/晶硅疊層開發是沒有基礎的。
“這是我們的看法，當然也有人不這么看，也有一些企業選擇在硅片上做鈣鈦礦。最終的結果還是需要交給市場評判。”
4.1單結電池結構簡單，轉換效率仍有提升空間
單結鈣鈦礦電池結構可分為介孔結構和平面結構。
相較于鈣鈦礦/晶硅疊層電池多達十幾層的結構，平面結構的單結鈣鈦礦電池僅有5層，分別是透明導電電極、電子傳輸層、鈣鈦礦光電吸收層、空穴傳輸層、金屬電極。其中，平面結構中的反式結構由于制備工藝簡單且成膜溫度較低，是鈣鈦礦電池廠商產業化過程中主要采用的結構。
電池轉換效率方面，單結鈣鈦礦電池理論效率為33%，遠高于晶硅的29.4%；但現階段鈣鈦礦電池主流廠商單結中試線效率仍在15%-16%左右，2023年內或提升至18%，離鈣鈦礦理論效率仍有較大提升空間。
華泰證券認為，短期內，鈣鈦礦電池將通過材料改性、配方優化、備制鈍化層等多路徑并行提效；長期來看，疊層是提效的終極手段，將打開鈣鈦礦效率天花板。
目前，單結鈣鈦礦組件產業化進展較為領先，其中協鑫光電、纖納光電已率先完成100MW單結鈣鈦礦組件中試線安裝。
據悉，協鑫光電生產的全球最大尺寸鈣鈦礦組件（1m×2m）已經下線。2022年北京冬奧會期間運行的全球首個鈣鈦礦光伏建筑項目采用的即是協鑫光電的鈣鈦礦組件。目前，其投建的全球首條100MW量產線已在昆山完成廠房和主要硬件建設，預計2023年量產組件產品光電轉化效率將超過18%，未來將進一步提升至25%以上。同時，公司GW級產線已在規劃中，目標2024年下半年落地。
纖納光電已完成1.245×0.635m尺寸組件發布，最高功率可達130W。公司第一條GW級產線預計2023年年底通線，預計轉換效率可達20%。
另有極電光能756cm2大尺寸單結鈣鈦礦光伏組件轉換效率目前達到18.2%。
4.2疊層電池轉換效率高，但多處于試驗階段
疊層結構是指不同光學帶隙的電池進行堆疊，寬帶隙電池和窄帶隙電池分別吸收較高、較低的能量光子，實現子電池對太陽光譜分段利用。
疊層電池根據疊層數量可分為雙結、三結、四結等，目前結數最高的是美國國家可再生能源實驗室發布的六結電池（砷化鎵），效率高達47.1%。
雖然增加電池結數可以提升電池效率，但所帶來的高成本也不容忽視。因此，目前常規的結構是兩結疊層，其中又以效率較高的鈣鈦礦/晶硅疊層、鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層為兩結疊層的研究焦點。
鈣鈦礦/晶硅疊層是以晶硅作為底電池。
晶硅電池工藝成熟，作為底電池較為穩定，研究進展相對更快，目前已取得的最高實驗室效率是2022年12月德國HZB研究中心認證的32.5%。
從晶硅電池的適配程度來看，HJT相對更加合適。HJT具備良好的非晶硅鈍化層、對稱結構以及透明導電氧化物（TCO），再加上鈣鈦礦/HJT疊層電池為串聯結構，可輸出超高電壓，實驗轉換效率已達到31.3%；對比Topcon疊層，鈣鈦礦與HJT疊層需要做的改造也更少。
目前，已有多家晶硅電池廠商涉足鈣鈦礦/HJT疊層電池。
華晟新能源已完成HJT-鈣鈦礦電池中試線，實現M6大面積疊層均勻制備，目標效率為30%；寶馨科技（002514.SZ）計劃2年內完成100MW鈣礦或HJT-鈣鈦礦疊層電池產線；中來股份（300393.SZ）涉足鈣鈦礦材料與HJT-疊層電池技術開發，目標效率26%以上。
鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層是通過人工分別合成寬帶隙和窄帶隙鈣鈦礦，與鈣鈦礦/晶硅疊層相比，鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層效率逐步跟上、度電成本更低、工藝更簡單。
2022年12月底，經日本JET第三方認證，目前唯一一家專注全鈣鈦礦疊層的廠商仁爍光能團隊研發的全鈣鈦礦疊層電池穩態光電實驗室轉換效率達到29.0%，再次打破了該團隊在2022年6月創造的28.0%的世界紀錄。
成本方面，鈣鈦礦/晶硅疊層度電成本為5.22美分/KWh，高于鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層的4.22美分/KWh；工藝方面，鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層是將頂電池涂抹在玻璃上，對比鈣鈦礦/晶硅疊層在晶硅絨面上涂抹更為簡單。
5.鈣鈦礦電池產業化難題
在現階段技術路線、制備工藝并不確定的背景下，鈣鈦礦電池產業化之路仍面臨著重重阻礙，比如大面積效率低、穩定性差、結晶工藝的不確定性等。
5.1大面積組件光電轉換效率低
目前鈣鈦礦電池實驗室效率進展迅速，但大多為1cm以下的小面積薄膜，隨著組件面積放大，電池效率不增反降。
為什么鈣鈦礦電池大面積效率損失嚴重？一是鈣鈦礦薄膜的大面積制備工藝不成熟，不夠均勻導致成膜質量差；二是大面積薄膜組件進行激光劃線后易產生電阻損耗、并產生死區。
針對這些問題，行業已形成初步解決方案。
工藝方面，大面積制備鈣鈦礦層主要采用狹縫涂布和蒸鍍兩種方式，但涂布法需要保證成膜過程中的化學一致性，真空蒸鍍生產成本較高，方法仍不夠完善。
設備方面，激光劃線產生電阻損耗、熱損傷、死區的解決思路主要包括添加隔離層、提高設備精度、優化劃線區域等。
5.2組件穩定性差
鈣鈦礦電池吸光層的穩定性受環境因素影響，易水解、高溫易分解、溫度變化下相變、光照和氧氣作用下發生光致分解等；內部因素也在一定程度上造成了鈣鈦礦的不穩定性，電極材料常用貴金屬，但金屬原子易擴散造成吸光層分解，且鈣鈦礦材料離子特性明顯，易發生離子遷移，吸光層的碘離子也會腐蝕金屬電極。
關于易水解的問題，范斌給出了解釋，鈣鈦礦怕水，但是晶硅、碲化鎘也怕水，所以防水是一個共性問題，都是需要封裝，封裝好了就沒事。
封裝是為器件提供最外層的保護，目前業界普遍采用POE+丁基膠的封裝方式，基本解決了外部的水氧因素導致的衰減。
由于晶硅是金剛石結構，溫度達到1400℃才會溶解，而鈣鈦礦是離子型的晶體，二三百攝氏度就會分解，這似乎說明了鈣鈦礦高溫易分解的不穩定性。
但范斌認為，地球表面使用的光伏組件面臨的是85℃以下的溫度，在這種情況下，其實200多度和1400多度是等效的，所以未必能夠從這一點推出鈣鈦礦穩定性不如晶硅。
針對鈣鈦礦本身內部的不穩定，可以從材料和結構兩個方面進行優化，主要包括各個膜層的材料改性、界面工程、使用復合電極等手段。
范斌對鈣鈦礦的穩定性不乏信心，他認為充分解決好鈣鈦礦的工程化問題之后，鈣鈦礦的穩定性至少不會比晶硅差。
5.3結晶工藝存不確定性
生產鈣鈦礦所使用的PVD、激光設備等在面板行業和傳統薄膜電池行業都有參照，但鈣鈦礦的結晶工藝是一個全新工藝過程，沒有類似參照物，不確定因素也隨之增加。
據東吳證券，結晶環節是組件尺寸放大和大規模連續制造所面臨的核心挑戰。晶體的尺寸、均一性和貫穿率直接體現了結晶環節的工藝水平，不均勻結晶會導致電池內部電阻率升高、轉換效率下降。
目前，行業內對于結晶的控制并沒有形成統一意見，范斌表示，這意味著所有從事鈣鈦礦研發量產的企業都必須自己開發出相對應的結晶方案。
目前各廠商開發出的方式有三種：一是在涂布環節進行結晶預處理、采用在線結晶方式改善后續晶體生長；二是先蒸鍍后涂布，利用有機組分擴散反應提高結晶質量；三是利用自身經驗儲備自研及改進結晶所用設備、退火爐等提高加熱均勻度。
6.結語
鈣鈦礦具備效率優勢是不爭的事實，但是大面積轉換效率低、穩定性差等問題仍在尋找最優解，成為阻礙鈣鈦礦大規模量產的主要原因。
范斌表示，鈣鈦礦的效率高于晶硅、成本低于晶硅、穩定性也不比晶硅差，只要解決好量產的工程問題，鈣鈦礦相對于晶硅幾乎是沒有弱點。如果鈣鈦礦成功，就會成為市場的主流，鈣鈦礦技術與晶硅技術不會長期共存。
著眼當下，作為一個全新的光伏技術體系，鈣鈦礦效率仍有巨大提升空間，整個產業鏈仍待持續創新升級，換言之，“最具潛力的下一代光伏發電技術”仍需要時間來證明自己。
出品丨第一財經新賽道研究中心
策劃丨黃宇
主筆丨李泓霖?王瑩
編輯丨黃宇
特別聲明
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