鈣鈦礦電池行業市場分析崛起的第三代太陽能電池，產業化進程再提速1.引言光伏發電已進入了平價時代，下一步即是向光儲平價時代邁進，在這個過程中，行業降本增效的訴求更為強烈。實現降本增效的主要路徑即是在制造端不斷進行技術迭代，我們認為把握新技術發展為光伏行業主要推薦投資主線之一。目前太陽能電池技術正在從傳統P型PERC電池向TOPCon、HJT、xBC等N型技術過渡。更遠期來看，從效率來看，晶硅電池理論極限轉換效率為29.43%，單結/疊層鈣鈦礦電池理論轉換效率將達到33%/45%，鈣鈦礦電池具有更大的效率提升潛力；從成本來看，在原材料成本低、能耗低、生產效率高等助力下，大規模量產后的鈣鈦礦組件生產成本僅為晶硅組件極限成本的50%。鈣鈦礦電池的發展有望推動行業進一步降本增效，向光儲平價時代邁進。鈣鈦礦電池產業目前仍處于從0到1的階段，但產業化進程正在不斷提速：今年多家企業百兆瓦產線落地投產，預計GW級設備招標有望在年內啟動，GW級產線有望在明后年落地。從投資角度來看，我們認為鈣鈦礦主題有望受到持續關注，相關設備及核心輔材將率先迎來投資機遇。2.簡介：第三代新型太陽能電池，轉換效率飛速提升2.1.定義及原理：鈣鈦礦指具有ABX3型化學組成的化合物，發電原理基于光生伏特效應鈣鈦礦誕生于1839年，廣義鈣鈦礦指具有ABX3型化學組成的化合物。1839年，鈣鈦礦（Perovskite）被俄羅斯科學家發現并以其名字來命名。1978年，Weber將甲銨離子引入晶體中，便形成了具有三維結構的有機-無機雜化鈣鈦礦材料（為鈣鈦礦太陽能電池的重要原材料）。鈣鈦礦太陽能電池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。廣義的鈣鈦礦是指具有ABX3型的化學組成的化合物，其中A（A=Pb2+,Na+，Sn2+，Sr2+,K+,Ca2+,Ba2+等）是大半徑的陽離子，B（B=Ti4+,Mn4+,Zr4+，Fe3+,Ta5+等）是小半徑的陽離子，X（X=F-,Cl-,Br-,I-,O2-等）為陰離子。ABX3有機-無機雜化鈣鈦礦材料更適用于光伏領域，其具有三維結構。在眾多鈣鈦礦材料類型里，具有高介電常數的BaTiO3或一些金屬氧化物鈣鈦礦（如PbTiO3、SrTiO3、BiFeO3等）吸光能力較差，在收集自由電荷方面效率較低，不適用于光伏領域。相比之下，Weber首次發現的具有三維結構的有機-無機雜化鈣鈦礦材料具有合成方法簡單、光電性能優異等優勢，更適用于光伏領域。從鈣鈦礦材料具體形態結構來看，典型的ABX3有機-無機鈣鈦礦材料中，A位為有機陽離子，如甲銨離子，甲脒離子，占據了正方體的八個定點；B位為二價金屬陽離子，如Pb2+、Sn2+等，處于正方體的體心；X是鹵素離子，如Br-、I-和Cl-，占據了面心。目前較為常見的鈣鈦礦太陽能電池原材料為碘鉛甲胺（MAPbI3）。鈣鈦礦太陽能電池發電原理基于光生伏特效應，利用電子和空穴對產生電流。鈣鈦礦太陽能電池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，其工作基于半導體的光生伏特效應，即在光照條件下鈣鈦礦材料內部處于發射區、勢壘區和基區的價帶電子會吸收入射光子的能量而躍遷至導帶，從而產生電子-空穴對。具體來看，當鈣鈦礦層受到光照后，內部激子發生分離產生電子和空穴對，電子通過電子傳輸層導出，空穴通過空穴傳輸層導出，當器件外加負載便能夠形成完整的回路。2.2.發展歷程：誕生十余年，單結轉換效率從3.8%躍升至25.7%鈣鈦礦太陽能電池誕生十余年，單結轉換效率從3.8%躍升至25.7%。從鈣鈦礦太陽能電池的發展歷程來看，2009年，日本科學家Kojima和Miyasaka將鈣鈦礦這種材料應用到染料敏化太陽能電池中，并實現了3.8%的光電轉換效率，鈣鈦礦太陽能電池正式誕生。2012年，研究小組使用固態spiro-OMeTAD作為空穴傳輸層以替代傳統的液體電解質并制備出全固態鈣鈦礦太陽能電池，轉換效率達到9.7%，同年轉換效率首次超過10%，自此實現了鈣鈦礦電池的固態化。2013-2015年，得益于兩步沉積法、氧化鋁取代二氧化鈦、采用陽離子交換等途徑，鈣鈦礦太陽能電池轉換效率相繼突破15%和20%。隨后5年內，轉換效率平均每年提升1-1.5pct，2019年實現了25%的突破。目前，單結鈣鈦礦電池轉換效率記錄為25.7%，由韓國Seok團隊于2021年創造。鈣鈦礦太陽能電池誕生十余年以來，實現了光電轉換效率從3.8%到25.7%（不考慮疊層）的快速提升，效率爬坡進展亮眼。從理論極限效率來看，單結鈣鈦礦太陽能電池最高轉換效率有望達到33%，超過晶硅電池29.4%的極限效率。鈣鈦礦疊層電池實驗室最高轉換效率高達32.5%，理論極限效率為45%。鈣鈦礦/鈣鈦礦、鈣鈦礦/晶硅、鈣鈦礦/薄膜等疊層電池為當前研發的熱點之一，構建疊層電池能大幅提升光電轉換效率。具體來看，鈣鈦礦電池的光譜響應范圍在300~800納米，即可見光波段，而晶硅電池、銅銦鎵硒（CIGS）等薄膜電池可以吸收利用紅外光。因此，將鈣鈦礦電池和晶硅、CIGS等電池組成疊層電池，能夠充分利用各波段的光照，獲得更高的光電轉換效率。從最高轉換效率來看，全鈣鈦礦疊層電池最高轉換效率達29%，由仁爍光能團隊于2022年研發；鈣鈦礦/晶硅疊層電池最高轉換效率記錄為32.5%，由德國柏林亥姆霍茲中心（HZB）的科學家于2022年創造；鈣鈦礦/薄膜疊層最高轉換效率為24.16%，由美國國家可再生能源實驗室于2020年研發。從理論極限效率來看，疊層電池的理論轉換效率可達45%。2.3.分類及結構：第三代新型太陽能電池，反式平面型為較常見結構鈣鈦礦太陽能電池屬于第三代新型電池，未來發展潛力巨大。太陽能電池可以分為以下三類：1）第一代晶硅電池，包括多晶硅、單晶硅電池，目前技術成熟度和商業化進程均位居各類太陽能電池之首，但該類別電池仍具有難以解決的問題，例如其制備依賴于高純度的硅料，高純度硅料價格昂貴，疊加硅基電池制備及封裝工藝繁瑣；2）第二代化合物薄膜電池，包括銅銦鎵硒太陽能電池（CIGS），碲化鎘薄膜太陽能電池（GdTe），砷化鎵太陽能電池（GaAs），磷化銦太陽能電池（InP）等。該類電池較晶硅電池具有轉換效率高和質量輕等優點，但該類電池的的活性層含有部分稀有元素和重金屬元素，價格昂貴且難以實現大規模量產；3）第三代新型電池，包括鈣鈦礦太陽能電池（PSC），染料敏化太陽能電池（DSSC），有機太陽能電池（OSC），量子點太陽能電池等。該類電池具有原料無毒且儲量豐富、成本低、工藝簡單且可柔性制備等優點，產業化發展潛力巨大，目前發展仍處于中試線階段。鈣鈦礦太陽能電池根據電荷傳輸方向不同分為n-i-p型（正式結構）和p-i-n型（反式結構），根據傳輸層結構不同分為介孔結構和平面結構。具體來看：1）n-i-p介孔型，此結構從下到上分別是：透明導電基底，致密的TiO2電子傳輸層，TiO2介孔層，鈣鈦礦層，空穴傳輸層和金屬電極。早期的鈣鈦礦太陽能電池多采用此結構，但該結構中空穴傳輸材料會填充在TiO2介孔層和鈣鈦礦形成的孔洞中，導致有電子傳輸能力的TiO2顆粒與空穴傳輸層材料接觸，最終致使開路電壓下降，疊加該類電池需要經過高溫燒結，耗能嚴重且不利于產業化，布局該類電池的企業包括萬度光能；2）n-i-p平面型，又名正式平面結構，此結構從下至上分別是：透明導電基底，n型電子傳輸層，鈣鈦礦層，p型空穴傳輸層和金屬電極。與介孔結構相比，平面型結構具有制備工藝簡單、開路電壓更高等優勢；3）p-i-n平面型，又名反式平面結構，此結構從下至上分別是：透明導電基底，p型空穴傳輸層，鈣鈦礦層，n型電子傳輸層和金屬電極。該類結構制備工藝簡單、可低溫制備、成本低，可用于鈣鈦礦疊層器件的制備，且遲滯現象幾乎可以忽略，但具有效率不高的缺點，布局該類電池的企業包括協鑫光電、極電光能等。目前反式平面結構為鈣鈦礦電池產業化進程中較為主流的選擇。3.優點及產業化痛點：降本增效為最主要優勢，仍存在穩定性差和大面積效率下降的挑戰3.1.優點：成本低+轉換效率高+應用場景廣泛鈣鈦礦太陽能電池具有成本低的優勢，鈣鈦礦組件成本是晶硅組件極限成本的50%。鈣鈦礦太陽能電池具有成本低的顯著優勢，其低成本主要表現在：1）原材料成本較低，a）鈣鈦礦層原材料均為基礎化工材料，儲量較豐富且價格較低；b）原材料用量少，鈣鈦礦層厚度僅有500nm左右，單晶硅電池硅片平均厚度在150微米；c）鈣鈦礦材料對于提純要求不高，對比硅基太陽能電池必須使用99.9999%高純硅，太陽能級鈣鈦礦材料純度要求95%以上即可；2）制備過程可低溫進行，能耗較低，鈣鈦礦電池可以采用溶液法制備，生產工藝流程溫度不超過150℃，而晶硅材料的鑄錠和拉晶都需要1500℃以上高溫，生產能耗差距較大，每瓦單晶組件制造的能耗約是1.52KWh，而每瓦鈣鈦礦組件能耗約為0.12KWh，單瓦能耗只有晶硅的1/10；3）生產效率高，鈣鈦礦電池從原材料到最后的組件制備，整個生產流程僅需要約45分鐘，生產效率大幅提升。從鈣鈦礦組件成本構成來看，鈣鈦礦占比約為5%，玻璃、靶材等占到另外的2/3，總成本約為0.5-0.6元/瓦，是晶硅組件極限成本的50%。鈣鈦礦太陽能具有高轉換效率和發電量的優勢，疊層更具效率發展潛力。鈣鈦礦太陽能電池理論極限效率高達33%，實驗室最高效率為25.7%；疊層極限效率更是高達45%，實驗室最高效率為29%。鈣鈦礦太陽能電池的高轉換效率及發電量主要得益于：1）鈣鈦礦材料帶隙更接近最優帶隙，Shockley-Queisser限制下，單結太陽電池轉換效率的理論值最高為33.7%（對應帶隙1.34eV），傳統的鉛基鈣鈦礦材料的禁帶寬度在1.5~1.7eV范圍內，傳統晶硅電池的帶隙約為1.12eV，鈣鈦礦的帶隙更為接近最優帶隙。以CH3NH3PbI3為例,鈣鈦礦薄膜作為直接帶隙半導體,禁帶寬度為1.55eV,電導率為10?3S/m3,載流子遷移率為50cm2/(V·s),吸收系數105,消光系數較高,幾百納米厚薄膜就可以充分吸收800nm以內的太陽光，對藍光和綠光的吸收明顯要強于硅電池，且鈣鈦礦晶體具有近乎完美的結晶度,極大地減小了載流子復合,增加了載流子擴散長度；2）帶隙可調，適合疊層電池的制備，疊層電池具有更高的轉換效率天花板，疊層電池理論極限轉換效率高達45%；3）鈣鈦礦的溫度系數趨近于0：晶硅組件的溫度系數是-0.3%/℃左右，即溫度每上升1度，功率下降0.3%；而鈣鈦礦的溫度系數為-0.001%/℃，趨近于0，故而其實際發電效率顯著高于晶硅。鈣鈦礦太陽能電池具有輕質和柔性特點，下游應用場景廣泛。鈣鈦礦太陽能電池下游應用場景廣泛主要得益于鈣鈦礦材料吸光系數大，厚度較薄就能實現對太陽光的有效利用（傳統晶硅電池硅片厚度在150微米左右，鈣鈦礦層厚度在500納米左右），鈣鈦礦材料特性決定了鈣鈦礦電池的制作可采用輕薄、柔性基底。輕質和柔性特點使鈣鈦礦太陽能電池適用于更廣泛的應用場景，比如BIPV、汽車光伏等。此外，鈣鈦礦太陽能電池的帶隙可調性使其具有室內光伏電池理想的寬帶隙，將鈣鈦礦電池的下游應用范圍拓展至弱光及室內光伏，進而可以廣泛應用于工業物聯網、智能家居和智能出行等領域。目前已有相關企業布局該應用領域的研究，經國家光伏產業計量測試中心認證，廣東脈絡能源科技有限公司研發的鈣鈦礦室內光伏電池光電轉換效率在1000luxU30光源照射下達到44.72%，為當前世界最高值。3.2.產業化痛點：穩定性差導致壽命短、大面積制備效率低鈣鈦礦太陽能電池具有不穩定，主要系鈣鈦礦材料本身和各功能層相互影響所致。影響鈣鈦礦太陽能電池穩定性的因素主要包括：1）鈣鈦礦材料本身具有不穩定性（決定性因素）。鈣鈦礦材料易在水、氧氣、熱、光等環境作用下加快分解；2）器件中各功能層（空穴傳輸層、電子傳輸層、電極）與鈣鈦礦層易產生相互影響。在正式結構中，多用TiO2和ZnO等金屬氧化物做電子傳輸層，這兩種材料在光照下會產生光生空穴并催化分解鈣鈦礦材料。Spiro-OMeTAD是空穴傳輸層的常用材料，其對碘離子比較敏感，鈣鈦礦材料中的碘離子擴散到Spiro-OMeTAD后，會降低其電荷傳輸性能。金屬頂電極為目前較主流的選擇，但金屬原子可以通過擴散作用進入到鈣鈦礦層中，引起鈣鈦礦材料發生分解，且光生伏特效應所形成的內建電場會加劇原子的擴散，從而加速分解。此外，鈣鈦礦材料中的鹵素離子會擴散到金屬電極并造成腐蝕，從而影響性能。任何一個環節材料性能失效都會導致產品性能衰減，從而影響電池的穩定性。鈣鈦礦太陽能電池穩定性差致使其壽命較短，成為制約產業化的重要因素之一。根據《太陽能鈣鈦礦電池技術發展和經濟性分析》中指出，目前鈣鈦礦電池持續光照實驗最長達到10000h，若按照全天平均日照時長4h計算，理論壽命也只有6.8年。若再考慮到每天實際日照時間會多于4h，以及其他日常損耗，正常壽命將會小于6.8年，與目前晶硅電池的理論壽命25年相比，仍然有很大差距。雖然纖納光電的α組件已順利通過IEC61215、IEC61730穩定性全體系認證（經德國電氣工程師協會VDE權威認證），行業內仍缺少更多數據的佐證，終端客戶對壽命的顧慮未完全消除。鈣鈦礦太陽能電池大面積制備效率低，存在效率與面積不可兼得的問題。目前實現較高轉換效率的鈣鈦礦電池均是較小的實驗室尺寸（小于1平方厘米），單結鈣鈦礦太陽能電池轉換效率記錄25.7%實現于0.1平方厘米的尺寸，商業化尺寸電池目前平均轉換效率在16%左右。電池面積增加時必然會導致轉換效率下降，晶硅、碲化鎘薄膜、染料敏化太陽能電池和有機太陽能電池的器件面積每增加一個數量級，其轉換效率大約下降0.8%，而鈣鈦礦太陽能電池轉換效率下降幅度更大，主要原因系：1）制備大面積鈣鈦礦薄膜時，由制備工藝的局限性導致鈣鈦礦薄膜均勻性變差，孔洞增加，缺陷增多。實驗室制備鈣鈦礦薄膜主要采用溶液旋涂法，該方法中反溶劑的使用量是影響鈣鈦礦層質量的關鍵因素之一，且本身具有邊緣效應，會導致鈣鈦礦薄膜的厚度不均勻；2）尺寸增大時電池的非光活性死區（柵線區、刻蝕區）面積增大，使得有效光照面積減小，進而導致組件短路電流密度減小；3）與串并聯結構設計和組件工藝相關，導致組件串聯電阻增大，轉換效率降低。4.生產流程、材料、技術和設備：生產效率較晶硅電池大幅提升，材料、技術和設備均未定型4.1.生產流程：制作過程僅需45分鐘，可在單一工廠完成鈣鈦礦太陽能電池生產效率較高，完整的生產流程僅需45分鐘。以反式結構為例，單結鈣鈦礦太陽能電池生產流程大致可以概括為以下環節：TCO層制備——P1激光劃線——空穴傳輸層沉積——鈣鈦礦層沉積——電子傳輸層沉積——P2激光劃線——電極制作——P3激光劃線——P4激光清邊——組件封裝與測試。值得注意的是，鈣鈦礦太陽能電池具有更高的生產效率，從玻璃、靶材、化工材料、膠膜等原材料的進入到組件成型，整個生產流程僅需45分鐘左右，相較于傳統晶硅組件制作時間（大約3天）大幅縮短，且鈣鈦礦太陽能組件的制備可以在單一工廠完成，晶硅組件則需要流轉四個工廠（硅料廠、硅片廠、電池片廠、組件廠）。4.2.材料端：電子和空穴傳輸層分為有機和無機材料體系，催生丁基膠和POE需求4.2.1.功能層材料：電池材料選擇未定型，分為有機和無機材料體系電池材料選擇未定型，電子和空穴傳輸層分為有機和無機材料體系。鈣鈦礦太陽能電池產業還處于0-1階段，其技術路線和材料選擇均未定型，從各功能層材料選擇層面來看：TCO層（透明導電基底）：TCO是在平板玻璃表面通過物理或者化學鍍膜的方法均勻地鍍上一層透明的導電氧化物薄膜，它位于器件最底端，是太陽光和載流子傳輸的重要部件，需要具備高透光率和高導電率的特征。常見的透明導電玻璃材料包括銦錫氧化物（ITO）、氟錫氧化物（FTO）和鋁摻雜的氧化鋅（AZO）。ITO薄膜應用最早，具有導電性好、膜層牢固等優點，但原材料銦為稀有元素故而價格較高。FTO薄膜導電率略遜于ITO薄膜，但成本相對較低，且化學和力學抵抗性好。AZO薄膜光電性能已與ITO薄膜相當，且原材料易得故而成本相對較低，性價比優于ITO薄膜，但存在鍍膜后不能鋼化，且耐候性較差的問題，目前產業化應用尚未成熟。從導電率角度來看，三種材料的排序為：ITO＞AZO＞FTO；從化學耐久性角度來看，三種材料的排序為：FTO＞ITO＞AZO；從硬度角度來看，三種材料的排序為：FTO＞ITO＞AZO。空穴傳輸層：良好的空穴傳輸材料需要符合以下條件：1）較高的空穴遷移率；2）較好的疏水性，可以有效阻擋水汽；3）能采用溶液法制備，符合實際應用需要；4）其物理性質必須與鈣鈦礦匹配，具有與鈣鈦礦吸光層匹配的能級。空穴傳輸層材料可以分為有機材料和無機材料，常用的有機材料包括Spiro-OMeTAD（多用于正式結構）、PTAA、PEDOT:PSS（多用于反式結構）等，常用的無機材料（多用于反式結構）包括氧化鎳、碘化亞銅等。無機材料較有機材料具有化學穩定性強、空穴遷移率高、制備成本低、易于合成等優勢，但無機材料通常需要高溫燒結，且與柔性襯底不兼容。此外，根據目前披露的電池效率來看，采用無機材料制作空穴傳輸層的電池效率不及采用有機材料制作空穴傳輸層的電池效率。鈣鈦礦層：廣義鈣鈦礦指ABX3型化合物，在典型的ABX3有機-無機鈣鈦礦材料中，A位為有機陽離子，如甲銨離子，甲脒離子；B位為二價金屬陽離子，如Pb2+、Sn2+等；X是鹵素離子，如Br-、I-和Cl-。目前較為常見的鈣鈦礦太陽能電池原材料為碘鉛甲胺（MAPbI3）。電子傳輸層：常見的電子傳輸材料包括二氧化鈦（TiO2），氧化鋅（ZnO），二氧化錫（SnO2）等金屬氧化物，有機體系包括富勒烯（C60）及其衍生物。其中，二氧化鈦為最早誕生，也是目前為止應用最廣泛的電子傳輸層材料，主要得益于其具有能級合適，粒徑可控和較長的電子壽命的優勢。有機電子傳輸層在鈣鈦礦太陽能電池中應用的種類并不多，常見的是C60及其衍生物，應用在反式結構中。采用有機材料（C60及其衍生物）制備電子傳輸層的器件具有穩定性強和轉換效率高等優勢，但同時具有價格昂貴的劣勢。頂電極：頂電極對于鈣鈦礦太陽能電池中的電荷收集起著至關重要的作用，良好的頂電極材料能夠改善器件的光電性能和長期穩定性，其材料選擇主要包括金屬（Ag、Au等）和非金屬（碳等）。其中，金屬頂電極具有更高的光電轉換效率，但金屬頂電極成本較高、制備需要高溫高真空的蒸鍍工藝，且光吸收能力和長期穩定性有待提高。碳材料具有來源豐富、成本低、導電性好、化學穩定性好等優勢，且碳材料的功函數與金的功函數相似，使得碳材料成為制作頂電極的理想選擇之一。使用碳材料制作的頂電極材料成本低、穩定性好，但導電率明顯不及金屬頂電極。4.2.2.輔材：鈣鈦礦組件對水汽隔離要求高，催生丁基膠和POE膠膜需求POE膠膜具有較強的水汽阻隔能力和抗老化的優勢，在鈣鈦礦太陽能電池中的滲透率為100%。POE膠膜較EVA膠膜主要具有以下優勢：1）POE屬于非極性材料，故具有優異的水汽阻隔能力，根據福斯特公司公告，POE膠膜水汽透過率僅是EVA膠膜的1/10；2）POE分子鏈結構穩定，老化過程中不會分解產生酸性物質，故具有較強的抗老化能力。根據CPIA，2022年，POE膠膜和EPE（EVA-POE-EVA）共擠型膠膜在晶硅組件中的市場份額占比達34.9%，廣泛應用于雙玻組件和N型組件。鈣鈦礦組件將催生對POE膠膜的需求，晶硅電池封裝中的主流選擇EVA膠膜不適用于鈣鈦礦組件的封裝，主要原因系鈣鈦礦材料遇到水汽等會加速分解，疊加EVA降解產生醋酸從而影響到鈣鈦礦活性層性能。丁基膠較硅膠具有更低的水汽透過率，是鈣鈦礦組件封裝的優質選擇。目前晶硅組件常用的鋁邊框和硅膠密封可以有效阻擋液態水，但不能阻擋水汽分子，故不再適用于鈣鈦礦組件的封裝。丁基材料的水汽透過率低，根據賽伍技術在HJT創新技術成果大會中披露，光伏硅膠水汽透過率為84克每平方米每天，而丁基膠水汽透過率僅為0.25克每平方米每天。使用丁基材料替代硅膠形成組件封裝可以大大下降水汽透過率以保證組件的發電穩定性，對于鈣鈦礦組件等對水汽隔離要求較高的組件，采用丁基膠封裝是較好的選擇。。鈣鈦礦電池TCO層激發ITO靶材增量需求，靶材占比鈣鈦礦組件成本高。靶材是鍍膜的核心原材料，在濺射工藝中起到的作用是：濺射工藝利用離子源產生的離子，在高真空中經過加速聚集，而形成高速度能的離子束流，轟擊固體表面，離子和固體表面原子發生動能交換，使固體表面的原子離開固體并沉積在基底表面，被轟擊的固體即是濺射靶材。靶材應用領域包括超大規模集成電路芯片、液晶面板、薄膜太陽能電池制造的物理氣相沉積（PVD）工藝步驟，下游涉及半導體、平板顯示器和太陽能電池等行業。靶材在鈣鈦礦太陽能電池中的應用主要包括TCO層、空穴傳輸層、電子傳輸層和頂電極制備環節，TCO層的存在激發了ITO靶材的增量需求。目前靶材行業仍被美、日等企業壟斷，應用于鈣鈦礦電池的靶材供應商主要包括隆化科技和阿石創。從協鑫百兆瓦產線的鈣鈦礦組件成本組成來看，靶材是最主要的成本構成，成本占比37%。4.3.設備端：不同技術路線催生不同的設備需求，鍍膜設備價值量占比最高技術路線和設備選擇未定型，核心設備包括鍍膜、涂布和激光設備。鈣鈦礦太陽能電池產業還處于0-1階段，其技術路線和材料選擇均未定型，從技術路線選擇層面來看，以反式結構為例，空穴傳輸層制備主要技術路線為PVD（包括磁控濺射和蒸鍍）；電子傳輸層主要技術路線包括PVD磁控濺射、RPD、ALD；電極主要技術路線為PVD（包括磁控濺射和蒸鍍）；鈣鈦礦層可供選擇的主流工藝路線包括狹縫涂布和真空蒸鍍，目前狹縫涂布為較主流的技術路線。鈣鈦礦太陽能組件生產過程中的核心設備包括鍍膜設備（PVD、RPD、ALD）、涂布設備和激光設備，其他設備包括前道清洗設備、封裝設備等。4.3.1.涂布設備：鈣鈦礦層產業化制備以濕法中的狹縫涂布法為主，催生涂布設備需求鈣鈦礦層產業化制備技術主要分為濕法和干法，干濕法混合為新的研究方向。鈣鈦礦層的制備是生產過程中的核心環節，其成膜質量直接決定了電池的轉換效率，目前主要制備方法包括溶液涂布法（濕法）、真空蒸鍍法（干法）、氣相輔助溶液法（干濕法結合）。其中，溶液涂布法又分為刮刀涂布法、狹縫涂布法、絲網印刷法、噴涂法、噴墨打印法和軟膜覆蓋法，具體來看：1）溶液涂布法制備（濕法）：a）刮刀涂布法：利用刮刀與基底的相對運動，通過刮板（半月板）將鈣鈦礦前驅體溶液分散到預制備基底上成膜。相較于早期僅適用于小規模產線的旋涂法，刮刀涂布法具有成膜質量優、工藝穩定性強，疊加鈣鈦礦溶液的浪費大幅減小等優勢；b）狹縫涂布法：將鈣鈦礦前驅體墨水存儲在儲液泵中，并通過控制系統將其按照設定參數均勻地從狹縫涂布頭中連續擠壓至基底上以形成連續、均勻鈣鈦礦液膜。狹縫涂布法較刮刀涂布法具有目標鈣鈦礦液膜的參數可以通過控制系統參數設定進行精確設計、可避免基底平整度不好而導致的涂布頭與基底的直接刮擦及密閉環境可以有效隔離人與有機溶劑的接觸的優勢；c）絲網印刷法：通過絲網的數目和厚度調整制備薄膜的厚度，對絲網制備要求較高；d）噴涂法：通過對噴槍內的鈣鈦礦前驅液施加壓力，使溶液從噴嘴噴出后分散成微小的液滴并均勻沉積到基底上成膜。該方法適用于大面積制備，但原料利用率低且有毒液體可能造成沉積腔室的污染；e）噴墨打印法：控制打印腔內壓力的變化將鈣鈦礦前驅體墨水從打印頭噴出并打印到預沉積基底上成膜。該成膜工藝具有原料利用率高、可大面積制備等優點，但生產效率較低；f）軟膜覆蓋法：不依賴于常見溶劑和真空環境，在壓力下用聚酰亞胺膜（PI）覆蓋的方式將胺絡合物前驅體快速轉化為鈣鈦礦薄膜。該方法沉積的鈣鈦礦薄膜無針孔且高度均勻，器件遲滯較小，且可以在低溫空氣中進行，便于大面積鈣鈦礦器件制備，但其材料利用率和生產效率較低。2）真空蒸鍍法制備（干法）：真空蒸鍍是將裝有基片的真空室抽成真空,然后加熱被蒸發的鍍料，使其原子或分子從表面氣化逸出，形成蒸氣流，入射到基片表面后凝結形成固體薄膜的技術。該方法可以精確地控制鈣鈦礦薄膜沉積過程中鈣鈦礦組分的化學計量比，可制備均勻、高質量的鈣鈦礦薄膜，而且很容易制備大面積鈣鈦礦薄膜。此外，蒸鍍法制備鈣鈦礦層具有更高的表面覆蓋率，更適用于疊層電池。但蒸鍍設備價格昂貴，蒸鍍法原料利用率及生產效率低，目前還未成為單結鈣鈦礦太陽能電池制作的主流選擇。3）氣相輔助溶液法（干濕法結合）：2013年，Yang課題組提出了該方法，即溶液法與蒸鍍法混合的新方法，具體流程：將含PbI2的DMF溶液旋涂到TiO2上，然后在150攝氏度的CH3NH3I蒸汽中熱處理兩個小時制得鈣鈦礦膜。廣義來看，該方法首先將鹵化鉛前驅體薄膜通過旋涂、狹縫涂布、刮刀涂布、噴涂、噴墨打印等液相沉積方法沉積在基底上，然后在有機胺鹵化物蒸汽中將其完全轉化為鈣鈦礦薄膜。其有效結合了濕法和干法的優勢，制備的鈣鈦礦薄膜比溶液法制備的更加均勻平整，也避免了真空下制備的條件限制，整個過程更經濟環保，且適用于可規模化擴展的大面積沉積。濕法憑借成本低和效率高等優勢成為較主流的選擇，其中狹縫涂布法應用最廣泛。總結來看，溶液涂布法（濕法）具有工藝簡單、設備成本較低、效率和穩定性較強的優勢，但該方法制備的膜的厚度和均勻性不易控制、會出現表面覆蓋不全的現象。其中，狹縫涂布法憑借其較高的原料利用率、較好的可重復性等優點，成為目前產業中較為主流的選擇，采用該技術路線的企業包括：協鑫光電、纖納光電、大正微納等。涂布設備供應商主要包括德滬涂膜、日本東麗。真空蒸鍍法（干法）可以通過控制蒸發源的方法精確調控鈣鈦礦中各組分化學計量比，保證膜層的均一性，且表面覆蓋率更高，更適用于疊層電池，但該方法設備成本較高（國內幾乎無成熟的設備供應商）、原料利用率及生產效率低，目前仍未走出實驗室，涉及到該技術路線的企業包括：無限光能、極電光能等（干濕法）。蒸鍍設備相關布局企業包括：捷佳偉創、京山輕機、欣奕華、奧來德。4.3.2.鍍膜設備：PVD為最成熟的選擇，鍍膜設備價值量占比最高空穴和電子傳輸層制備技術主要分為PVD和RPD，PVD為目前最成熟的技術選擇。空穴傳輸層和電子傳輸層的制備主要包括PVD和RPD，ALD目前處于研究狀態，未來或將應用于鈣鈦礦電池功能層制備。其中，PVD又分為真空蒸發鍍膜、真空濺射鍍膜和真空離子鍍膜，其中真空蒸發鍍膜和濺射鍍膜為制備空穴/電子傳輸層的主要技術。從三種鍍膜技術對比來看，PVD為目前較成熟的鍍膜技術，具有沉積速率快、成本較低的優勢，但該技術制備的薄膜均勻性相對較差。在反式結構中，采用RPD制備電子傳輸層可以減少制作過程中對下方鈣鈦礦層的影響，但設備成本高于PVD，單價約是PVD設備的2倍。ALD是通過將氣相前驅體脈沖交替地通入反應室并在沉積基底上發生表面飽和化學反應形成薄膜，具有以下優勢：1）三維共形性，廣泛適用于不同形狀的基底；2）大面積成膜的均勻性，且致密、無針孔；3）可實現亞納米級的薄膜厚度控制。但ALD較PVD/RPD具有沉積速率慢，成本高的劣勢。金屬電極制備普遍采用PVD技術，目前較為成熟。頂電極根據材料分為金屬電極和碳電極，金屬電極一般采用PVD（真空熱蒸鍍）的方式進行沉積，使用該方式制作電極的技術較為成熟，成膜較穩定；而碳電極的制備則可以采用噴涂或者刮涂的方法。鍍膜設備價值量占比最高，RPD設備國內僅捷佳偉創可供應。以協鑫光電的百兆瓦產線（反式結構）為例，共計使用3臺鍍膜設備（2臺PVD鍍空穴傳輸層和電極層，1臺RPD鍍電子傳輸層）。其中，PVD設備單臺價格在1000萬元+左右，RPD單臺價格在2000萬元左右。綜合量、價考慮，鍍膜設備在整生產線中價值量占比最高。鍍膜設備供應商包括：捷佳偉創、京山輕機、邁為股份、眾能光電、湖南紅太陽等，其中，RPD設備國內僅捷佳偉創可以供應。4.3.3.激光設備：鈣鈦礦對激光精度要求高，激光設備最具確定性激光工序分為刻蝕和清邊，協鑫百兆瓦產線使用4臺激光設備。鈣鈦礦太陽能電池的生產過程中，激光工序主要目的分為刻蝕和清邊，刻蝕主要目的是阻斷導通形成單獨的模塊，以實現電池片的分片；清邊主要目的是對電池邊緣做絕緣處理。以協鑫光電的百兆瓦產線為例，共計使用4臺激光設備，其中3臺用作激光劃線+1臺用作激光清邊。具體來看，P1激光劃線主要功能為刻蝕TCO層；P2激光劃線主要功能為刻蝕鈣鈦礦活性層；P3激光劃線主要功能為刻蝕鈣鈦礦活性層和電極層；P4為激光清邊，激光將邊緣清干凈后便于后道封裝，封裝后形成一個完整的電池片。鈣鈦礦電池對激光精度要求高，設備選型中降低熱損失為重要因素。鈣鈦礦電池的厚度遠低于（百納米級別）銅銦鎵硒和碲化鎘等薄膜電池的厚度（微米級別），故鈣鈦礦電池對激光精度的要求較高。具體來看，銅銦鎵硒電池對激光精度的要求在3-5微米，碲化鎘電池在2微米左右，而鈣鈦礦電池的精度要求在0.3-0.5微米的級別，較薄膜電池高一個數量級。此外，鈣鈦礦材料對熱較為敏感，對激光器合理選型以最大程度降低熱損失顯得尤為重要，相關措施包括在P2、P3工序中采用皮秒的激光器，該類激光器頻率非常高，作用在材料表面的時間非常短，相當于冷光源，對電池片的熱損失非常小。激光設備確定性強，部分廠家已實現整線交付。鈣鈦礦太陽能電池各功能層技術路線和相關設備未定型，但對于激光設備的需求具有確定性。激光是生產中必不可少的環節，每一種技術路線都需要在生產線中用到3-4臺激光設備。鈣鈦礦激光設備供應商包括德龍激光、大族激光、邁為股份、帝爾激光、杰普特等，上述企業均已實現了鈣鈦礦激光設備的交付。4.3.4.封裝設備：阻隔性能要求高，對標OLEDs封裝鈣鈦礦電池封裝阻隔性能要求高，對標OLEDs封裝。德滬涂膜董事長在第四屆全球鈣鈦礦電池產業論壇中指出，鈣鈦礦電池封裝阻隔性能要求比晶硅電池高幾個量級，與OLEDs接近，故其封裝可以對標OLEDs封裝。目前常見的鈣鈦礦組件封裝方式包括：1）完全覆蓋封裝，即在模塊頂部制備封裝層，具有保護效果更好的優勢，但對鈣鈦礦活性層及其他功能層影響較大，且直接接觸鈣鈦礦活性層，透光率要求高；2）邊緣封裝，即在模塊周圍放置密封劑，可以減少對接觸層的影響，降低封裝材料與鈣鈦礦材料發生副反應的可能性，同時對材料的透光率要求較低，但封裝效果一定程度降低。在邊緣封裝過程中加入干燥劑是進一步增加阻水效果的方法之一。目前，布局鈣鈦礦組件封裝設備的企業包括京山輕機、弗斯邁等。5.產業化進程：技術進步主導，政策+資本加持，產業化進程再提速5.1.政策：鈣鈦礦太陽能電池獲國家認可，政策陸續出臺助力產業發展鈣鈦礦太陽能電池契合行業降本增效主旋律，國家政策助力產業發展。鈣鈦礦太陽能電池作為第三代新型太陽能電池，具有高轉換效率、低成本、應用場景廣泛等優勢，契合光伏行業降本增效的主旋律，獲得了國家的認可。近年來，國家層面出臺相關政策推動鈣鈦礦電池產業發展，例如：2023年1月，《工業和信息化部等六部門關于推動能源電子產業發展的指導意見》中指出“加快智能光伏創新突破，推動N型高效電池、柔性薄膜電池、鈣鈦礦及疊層電池等先進技術的研發應用，提升規模化量產能力”；2022年6月，《“十四五”可再生能源發展規劃》中提出“掌握鈣鈦礦等新一代高效低成本光伏電池制備及產業化生產技術”等。此外，中國光伏行業協會標準化技術委員會成立了鈣鈦礦光伏標準專題組，并于2023年3月召開了中國光伏行業協會標準化技術委員會鈣鈦礦光伏標準專題組成立大會暨2023年第一次工作會議。鈣鈦礦光伏標準專題組的成立有利于推進鈣鈦礦光伏電池標準化工作，填補鈣鈦礦光伏電池標準空白，完善鈣鈦礦光伏領域標準體系，助力鈣鈦礦光伏產業發展。5.2.資本：一級市場資金關注度高，頭部廠商完成多輪融資鈣鈦礦電池組件產業一級市場投資熱度高，眾多知名投資商入局。目前，鈣鈦礦太陽能電池組件廠家以非上市公司為主，一級市場投資熱度較高。從融資進展來看，部分頭部廠家已完成多輪融資，融資進展快，例如：協鑫光電、纖納光電分別進展到B+輪、D輪。從交易對手來看，知名投資商入局鈣鈦礦電池產業，例如：協鑫光電B輪、B+輪集結了騰訊投資、Temasek淡馬錫、紅杉中國、IDG資本等。鈣鈦礦產業處于發展初期，資本助力將加快推進產業化進程。5.3.廠商進展：百兆瓦產線落地，GW級產線有望在未來兩年內落地頭部廠家百兆瓦產線已落地，GW級產線有望在明后年落地。目前部分領先的鈣鈦礦太陽能電池組件廠家如協鑫光電、纖納光電、極電光能等已形成了百兆瓦級別的生產能力，纖納光電更是已有鈣鈦礦組件出貨，且各廠商研