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龙头市值腰斩，新贵热钱不断：钙钛矿的冰与火_环球聚看点

2023-03-22 10:43:38来源：36氪

3月9日，无锡极电光能科技有限公司宣布，公司于近日完成数亿元A轮融资。本轮募集资金将主要用于钙钛矿前沿技术开发和150MW钙钛矿光伏生产线的运营，持续优化技术工艺水平，不断提升产品综合性能。

【资料图】

而这只是过去两年中几十起钙钛矿融资案例中的冰山一角，“神奇的”钙钛矿电池，无疑是当下的资本宠儿，政策端方面，钙钛矿电池的利好消息也不断传来。

2022年，九部门联合印发《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022—2030年)》，指出要研发高效硅基光伏电池、高效稳定钙钛矿电池等技术。

日前，中国光伏行业协会标准化技术委员会钙钛矿光伏标准专题组成立大会暨2023年第一次工作会议在苏州召开。

工作组成立后，将加快钙钛矿电池标准体系梳理和完善，并在此基础上快速有序、科学合理地开展相关标准制修订工作，为中国钙钛矿电池产业发展提供坚实的标准支撑。

然而，在利好频传和资金热炒的背后，却也上演着“狼披羊皮”式的闹剧。

2022年12月9日，奥联电子高调官宣要在2023年实现“50MW钙钛矿太阳能电池中试线投产”，但今年2月21日却被华能清洁能源研究院方面一纸澄清声明“打脸”，这短短74天内，奥联电子的股价翻了逾3倍，但如今不仅背上证监会立案调查的风波，股价更是直接腰斩。

美好的钙钛矿也埋藏着“虚假炒作”的隐患，这不免令市场和投资者们产生了犹疑。

那么，“神奇的”钙钛矿究竟具备哪些优势值得资金蜂拥？尚未步入量产的钙钛矿，又到底被哪些因素所制约？

本文，头豹研究院将聚焦于中国钙钛矿电池行业，从行业定义与分类、核心亮点、制约因素、市场规模、产业链等角度为您深入分析中国钙钛矿电池行业的现状及发展趋势。

01 何为钙钛矿电池：不含钙、不含钛的太阳能电池

钙钛矿（分子通式为ABX₃ ）的命名来自于俄罗斯矿物学家Perovski的名字，1839年，德国科学家Gustav Rose在俄国考察中在乌拉尔山脉发现元素组成为CaTiO₃矿物，为纪念俄国矿物学家Lev Alekseyevich von Perovski，Gustav Rose将该矿物命名为“Perovskite”。

钙钛矿最初是单质钛酸钙（ CaTiO₃ ）这种矿物，后来则将结构为ABX₃以及与之相似的晶体统称为钙钛矿物质，所以钙钛矿太阳能电池中既没有钙也没有钛。在钙钛矿八面体结构中，A属于较大的阳离子，B属于较小的阳离子，X是阴离子，每个A离子都被B和X离子一起构成的八面体包围。由于钙钛矿光吸收系数高、载流子迁移率大、合成办法简单等优点，钙钛矿材料被认为是下一代最具前景的光电材料之一。

钙钛矿太阳能电池（PSCs）是利用钙钛矿型的有机金属卤化半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池。钙钛矿电池结构较为简单，以反型平面钙钛矿电池为例，自下而上依次为：玻璃、透明电机（FTO或ITO）、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、金属电极。按照结构划分，钙钛矿太阳能电池可以分为介孔型和平面型。在介孔结构的钙钛矿电池内，钙钛矿材料作为光敏化剂覆盖在多孔TiO₂上，并采用正置异质结结构。而在平面结构的钙钛矿电池中，钙钛矿既是光吸收层，也是电子和空穴传输层，与介孔型结构相比，平面结构不需要多孔金属氧化物骨架，进一步简化了制备工艺。平面型钙钛矿太阳能电池又可进一步分为正式和反式。

钙钛矿太阳能电池基本原理是光生伏特效应，工作机制总体可以分为五个过程，即光子吸收过程、激子扩散过程、激子解离过程、载流子传输过程和电荷收集过程，经过五个过程后，自由电子通过电子传输层后被阴极层收集，自由空穴通过空穴传输层后被阳极收集，两极形成电势差，电池与外加负载构成闭合回路，回路中形成电流。

02 钙钛矿电池核心亮点：性能优势突出

钙钛矿电池极限转换效率优势突出。对于晶硅太阳能电池来说，其理论极限转换效率为29.4%，普通单晶硅电池在理想状态下转换效率极限为24.5%，HJT电池理论极限转换效率为27.5%，TOPCon电池理论极限转换效率为28.7%。但相比之下，钙钛矿单层电池理论效率极限可达31%，晶硅/钙钛矿双节叠层效率可达35%，三节层电池理论极限则可跃升至45%，且如果在钙钛矿中掺杂新型材料，其转换效率最高可达50%。钙钛矿转换效率更高的原因是作为吸收层的钙钛矿禁带宽度为1.5eV左右，吸收波长范围更窄，但吸收系数很大。

钙钛矿电池的弱光性能优势突出。理论研究表明，光伏电池在弱光下的发电效率与能带间隙有关，在接近2eV带隙时，光伏电池在弱光下的发电效率高达52%，而钙钛矿材料带隙可调、光吸收系数较高，且对杂质不敏感，其在弱光下仍具有突出的光电转换效率，据了解，钙钛矿光伏电池在200Lux的弱光下仍可输出25%以上的光电转换效率。相比而言，晶硅的带隙约为1.1eV，离2eV相差甚远，弱光下发电效率极低。钙钛矿优异的弱光性能，意味着其有望将室内照明的弱光和室外的弱光利用起来进行发电，这也是钙钛矿光伏与传统硅基光伏一个显著区别。

钙钛矿材料能带间隙可调节，较为灵活。晶硅太阳能电池只有单一的带隙，因此其性能的优化空间和应用场景都十分受限。而钙钛矿材料可以通过调节组分，使能带间隙在1.4-2.3eV之间调节，进而衍生出更多的应用。如：将钙钛矿间隙调整至2eV左右，可有效利用弱光进行发电；而将钙钛矿薄膜做成不同颜色或者半透明状态，则可用在质轻的柔性基底实现建筑光伏一体化，即BIPV或BAPV；也可以通过调节间隙将钙钛矿制作成叠层电池，从而使不同波长的光能转化为电能，进一步提高光电转换效率。

03 钙钛矿电池的制约因素

钙钛矿电池凭借高转换率和较低成本的优势在商业化应用方面被寄予厚望，但依然有部分因素阻碍其发展，制约整体产业化进度，只有逐步突破制约因素，钙钛矿电池才能实现高质量的发展。

稳定性是制约钙钛矿电池发展的主要问题之一。从三角模型可以看出，钙钛矿电池在效率和成本上都领先晶硅电池发展，但钙钛矿的稳定性差，即寿命短，现阶段钙钛矿太阳能电池的T80寿命约为4,000小时，而晶硅电池则有25年以上的寿命，二者差距较大，寿命短使得钙钛矿电池难以进一步发展。钙钛矿电池不稳定的原因主要包括吸湿性、热不稳定性、离子迁移、紫外线、器件测试过程中的光照等。

钙钛矿电池面临着大面积制备较难的困境。尽管钙钛矿电池在实验室中获得了较高的光电转换效率，但实际生产工艺中难以达到实验中的标准，因此会受到更多因素的影响，且实验室中制备的钙钛矿电池器件面积都比较小，市场应用则需要面积更大的器件。而大面积器件薄膜的覆盖率、均匀性难以把控，且电阻也会增加，进而增加电池的串联电阻，导致性能下降。

04 钙钛矿电池产业链全景图

钙钛矿太阳能电池制备工序较简单，产业链较短，上游主要是钙钛矿原材料和制造设备；中游以钙钛矿电池制造商为主，钙钛矿电池仍处于试产筹划阶段；下游以光伏和电动车应用为主。

05 钙钛矿电池产业链下游：新能源汽车

新能源汽车充电桩仍存在不少问题。尽管充电桩的数量持续增加，为新能源汽车充电带来便利，但消费者依然没有感觉便利。一方面，新能源汽车的销量增速仍然高于电池充电桩的建设速度，2022年1-7月，新能源汽车销量319.4万辆，桩车增量比为1:2.3，充电桩的供给仍存在较大的提升空间；另一方面，充电桩标准不统一、物业不配套等因素也成为了制约新能源汽车使用充电桩的便利性。

钙钛矿太阳能电池有望为汽车太阳能车顶提供动力。此时，钙钛矿电池具备高效率的优势，若配合车顶光伏发电，光能转化为电能的转化率会更高，即充电时间缩短，续航时间增加；且钙钛矿太阳能电池材料用量小、材料纯度要求低，所以生产过程能耗低；此外，钙钛矿自2009年诞生，只用了12年就步入产业化时代，发展速度极快。

现阶段，太阳能每天最多充电7度左右，充满电需要整整10天，如果钙钛矿电池技术成熟后，光伏充电将成为现实，汽车太阳能发电车顶也成为了未来钙钛矿电池有望大规模运用的应用场景之一。根据头豹研究院的数据，2026年中国新能源汽车有望增长至1,200万辆，将给钙钛矿电池带来巨大的市场增量。

06 钙钛矿电池市场规模测算

钙钛矿太阳能尚未实现量产，因此本文将现阶段已经公布其钙钛矿组件产能规划的企业进行汇总，综合其规划产能，并根据其产能规划计划将规划产能分摊至每一年，从而估算出每一年的钙钛矿太阳能规划产能。

钙钛矿电池产业化进度加快，相关国产设备将率先受益，根据协鑫光电的数据，协鑫纳米钙钛矿的第一条100MW的设备产线投资在1亿元左右，1GW产能投资额仅为5亿元。因此，头豹研究院估算2022年中国钙钛矿太阳能电池设备市场规模为1.5亿元，预计2030年市场规模将达30亿元以上。

07 钙钛矿电池发展趋势：晶硅-钙钛矿叠层电池

晶硅-钙钛矿叠层电池具有更高的转换效率。钙钛矿太阳能电池可更有效地利用高能量的紫外和蓝绿可见光，而晶硅太阳能电池可有效地利用钙钛矿材料无法吸收的红外光，因此，通过叠层的方式组合两种单电池，可以突破传统纯硅光伏电池的理论效率极限，进一步提升硅光伏电池的效率。

此外，晶硅-钙钛矿叠层电池将钙钛矿组件与硅电池按能隙从大到小的顺序从外向里叠合起来，让短波长的光被最外侧的宽带隙钙钛矿太阳能组件吸收，波长较长的光能够透射进去让窄带隙的硅太阳能电池吸收，可最大限度地将光能变成电能，现阶段已获得了广泛的研究，最新效率已突破 31.3%。

根据牛津光伏的数据，钙钛矿电池单层电池、晶硅/钙钛矿双节叠层电池、三节层电池的理论转换极值分别为31%、35%、45%，如果掺杂新型材料，转换效率甚至能达到50%，约为现阶段晶硅材料的2倍。全钙钛矿叠层电池具备更高的效率、更低的成本以及更简单的制备工艺，因而成为全球光伏研究领域的热点方向。

两端叠层结构是叠层钙钛矿电池的主流结构。根据结构的不同，叠层钙钛矿组件可分为机械堆叠的四端叠层电池、光谱分离的四端叠层电池、反射结构的四端叠层电池和两端叠层电池。四端子结构能实现更高的实验室效率，但四端子叠层电池的光学耦合叠层需要使用光学分光镜，成本过于昂贵，而机械堆叠式需要使用三层透明电极，会降低电池转换效率。相比之下，两端叠层电池结构简单，设备和工艺相对成熟，更加适合产业化，是现在及未来的主流结构。

*本文参考报告：《2022年中国钙钛矿电池行业概览：获九部门“点名”认可，有望成为下一代光伏技术新路线》，首发于头豹科创网。

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