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为什么关注钙钛矿？

从光伏终局的本质角度看，增效与降本是永恒的诉求。

增效

在理论极限上，晶硅太阳能电池、PERC单晶硅电池、HJT电池、TOPCon电池的极限转换效率为29.40%、24.50%、27.50%、28.70%。

单结钙钛矿电池理论最高转换效率达31%，多结电池理论效率达45%。

降本

制备成本，PSCs制作过程无需硅料，制作金属卤化物钙钛矿所需原材料储量丰富，价格低廉，且前驱液的配制不涉及任何复杂工艺。

设备投资额方面，钙钛矿1GW需要的投资金额约为5亿元，是晶硅的1/2左右，是第二代GaAs薄膜太阳能电池的1/10。

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为什么当前时点要重视钙钛矿？

我们认为23年行业至少会有1GW钙钛矿设备订单招标，这对光伏企业来说是具有里程碑意义的事件，有望开启20年以来HJT设备长牛趋势。

根据产业调研，协鑫、纤纳有望23年各招标1GW；极电第一期1GW将在24年达产。

我们此前梳理协鑫及纤纳100MW中试线设备采购情况，协鑫：3台pvd+1台涂布设备+1台自研结晶+P1-P4激光设备+封装设备，纤纳：1台pvd+3台涂布设备+P1-P4激光设备+封装设备。

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当前时点GW级尚未落地，我们认为主要为主题性投资阶段

待GW级招标明确落地，有望走出长牛行情。

钙钛矿基础特点：

光伏行业所说钙钛矿专指甲胺、甲脒等与铅、碘、溴组成的AMX3形八面体结构材料，具有消光系数高、弱光性能好、寿命高、制备工艺简单的特点。

消光系数高

可以做薄，实现柔性的应用；

弱光性强

BIPV(光伏建筑一体化)应用前景较好；

制备工艺简单

较晶硅电池更低的度电成本。

效率进展：

NO.1

单节效率

小面积：25.7%（0.1cm2）韩国某大学

大面积：17.9%（800cm2）松下

国内：单节23.7%（1.0cm2）中国科技大学

模组22.44%（26cm2）华北电力大学与瑞士联邦理工大学合作

NO.2

叠层

钙钛矿与晶硅叠层：

小面积：未知 （1.1cm2） 瑞士联邦理工

大面积：26.8%（274cm2组件）牛津光伏

钙钛矿与钙钛矿叠层：起步阶段

小面积：28%（0.005cm2）南京大学 谭海仁

大面积：22%（20cm2小组件）南京大学 谭海仁

NO.3

效率极限

从染料敏化技术开始发展13年来，通过界面修饰等手段，理论效率可以达到31%，如果做到最佳代谢（1.35-1.38eV），最高达33.4%，高于HJT/TOPCON等各类晶硅电池27%-29.4%的效率。

同时以1GW中试线为例，组件效率18%时，钙钛矿成本为晶硅的80%；实际量产如达到20%组件效率，成本为晶硅的50%。

成本组成：

以效率为导向，主流结构从介孔向平面转变（万度光源介孔结构效率低，但稳定性强）。

平板结构的组件包括透明电极ITO靶材，电子传输层氧化锡氧化钛等，空穴传输层的有机的PTAA或无机的氧化亚铜等，电极则在实验室环境使用金银铜等，实际投产时为了降本会选择碳电极等。

常规ITO 中包括铟这一稀有元素，结合工艺难度成为钙钛矿电池成本中占比较高的部分。

量产面临的困难：

1.稳定性差

因为钙钛矿时离子型的晶体，内部会有很多缺陷，离子会在内部扩散导致性能下降。

2.面积放大的问题

制造工艺不同于晶硅电池，钙钛矿通过反应形成而不是结晶，在大面积基底上会出现先后反应的情况，成膜均匀性差，提高串联电阻，引起效率下降。一旦成膜不好出现孔洞，会导致电极短接。目前大面积钙钛矿的效率是远低于小面积的实验室效率的。

工艺优劣：

目前大面积的制备工艺主要包括溶液涂布如狭缝涂布、刮刀涂布，以及真空镀膜等，或者二者结合。

1. 溶液涂布（如狭缝涂布或者说印刷）：工艺简单，设备廉价，效率和稳定性高。但厚度和均匀性不好控制。

2. 真空沉积/蒸镀（如PVD）：厚度和均匀性控制好。但由于两层沉积材料之间反应不彻底产生的残留会影响钙钛矿的稳定性和效率。同时以碘甲胺为例在真空下在设备中产生酸性环境，对设备破坏性很大。

当前机构常用工艺为先真空沉积一层碘化铅，再溶液法印刷碘甲胺，但依旧存在反应不均匀和残留问题。

大面积钙钛矿的主要难点就是如何在溶液中形成大量的结晶，以提升镀膜的均匀性。

度电成本：

晶硅与钙钛矿电池的材料成本对度电成本的比较起决定性作用，但晶硅电池的材料成本主要在硅上，钙钛矿的材料成本中，碘化铅和碘甲胺只占到了4%。

钙钛矿电池的材料成本主要来自透明电极、电子传输层和空穴传输层等。

如使用有机的PCBM，相比无机材料成本上升3倍；如为了提高效率把铜电极换金电极，成本也会提升2-4倍。

后续降本方案主要围绕材料，而设备花费提升对度电成本影响不大。

由于当前钙钛矿的稳定性远未达到商业化需求，将度电成本和生命周期进行曲线归一化分析可以发现，寿命提升对度电成本下降作用很大。

同样的，假设效率从19%提高到21%，度电成本也会有20-30%的降低。综上，提升效率和稳定性，可以大大降低钙钛矿的度电成本。

应用方向：

1. 单节电池；

2. 叠层电池；（尚处于实验室阶段）

3. 弱光环境；如BIPV（光伏幕墙等）

4. 柔性；由于含铅等毒性物质，消费级市场可能有较大的推广阻力

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评价RPD优势？国产化进程？

传统的PVD等镀膜工艺在面板工业使用广泛，韩国等国外企业具有一定优势。

但钙钛矿所用镀膜工艺与传统有一定区别，如在沉积镀膜过程中温度不能太高，靶材等材料的变化等等，所以国内还是有抢占专利与市场的机会。如捷佳纬创有RPD设备交付。

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除真空镀膜和溶液涂布外，是否有新工艺的可能性？

目前无更优工艺。真空蒸镀有顺蒸法和共蒸法，共蒸法在反应速度和残留等方面有优势。但二者都有有机盐在真空下分解，对真空腔体的腐蚀破坏问题。

设备开发方如果能解决这个问题会有竞争力。

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电子传输层和空穴传输层使用的主流材料？

电子传输层蒸镀除PVD外还有原子层沉积（ALD）工艺，使用的前驱体会有差异，四甲基胺基锡？PVD的话就是用靶材，加入一些掺杂（镁、铝、铜）提升稳定性，掺杂比例尚待研究。

在电子传输层使用溶液法的话需要较贵的有机材料，效率高但稳定性不好，存在开发既稳定有便宜材料的空间。

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离子迁移问题？

不同于晶硅电池，钙钛矿对缺陷的容忍度较高，比如10的15次方到17次方每立方厘米的缺陷都能实现较高的光电转化效率。

这些缺陷会导致离子在运营过程中运动，使得整体产生破坏或崩解，或是迁移到其他层。

解决方法有：

1）在钙钛矿材料中加入一些促进结晶、减少缺陷的钝化材料；以及进行界面层的开发，也叫类封装，类似于HJT的钝化；

2）电极也会在工作时产生扩散，如碘和银很容易反应，需要在银电极和载流层间加一层阻隔层，也叫内封装层。

3）钙钛矿怕水怕氧，需要外封装。学术界提出封装材料的透过率指标如使用晶硅电池的，是否适用，钙钛矿可能需要更严格。

可能需要开发透过率更低的封装材料。万度光源的介孔结构电池特殊，可以通过IEC61215的测试；纤纳光电最近宣布一款电池通过了双85试验，但该试验只是1000小时，基于此能否推出20-25年的使用寿命，学术界是有争议的。

因为晶硅十分稳定，但钙钛矿是离子型的，在光照和暗光环境的内建电场不同，IEC标准是没有光-暗设计的，而实际环境下光暗往复的应力对寿命影响是非常大的。

研究成果表明，相比稳定光照条件，钙钛矿在光暗变化状态会很快衰减。

另外不确定稳定性评价标准是否关注了效率之外的迟滞效应，比如开始正反扫效率都是20%，过了1000小时候，正扫是20.1变化不大，但反扫只有18了，这就表明器件已经在衰减了，只是效率显示不出来。所以产业界需要一个钙钛矿专用的类似IEC的标准。

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钙钛矿钝化与晶硅钝化的差异？

钙钛矿钝化是通过化学上的退位实现的，比如某个铅没有碘了，补充一个跟铅 退位的氧元素，维持本身的结构。

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考虑暗态交错会影响寿命，现在有没有公认的寿命记录？

万度光源的结构过了10000小时，纤纳光电过了双85测试1000小时，但具体能用多久没有更多数据。如果不考虑迟滞效应，大概就是10000小时，还是需要一个适用于钙钛矿的类似IEC的标准。标准的制定各家都在参与。

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高透明性应用，如不同颜色在效率上的影响？

高透明性不会影响效率，半透明器件两面透光反而会提高很高效率，比如透过幕墙后，分母（光照强度）变小了，得益于弱光性能强，就会得到40%以上的转化效率。（计算标准不同）

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万度的介孔结构优劣？

最大的优势就是高稳定性。

劣势：

①使用碳电极，厚度大，不能半透明；

②介孔使用氧化钛，紫外光会使得氧化态分解，但有新文献表明使用氧化锡介孔已经解决了这个问题；

③介孔结构没有空穴传输层，效率上限较低，实验室17%，万度产品14-15%。

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光伏后续发展方向？叠层是否会高速发展？

叠层的关键在中间层，厚度不能太厚，怎么在起伏的底面上做300纳米左右的成膜是工艺难点。

同时，稳定性是钙钛矿单节和叠层的共性问题。

如果能解决稳定性问题，传统晶硅龙头企业在晶硅已经很接近理论效率极限的情况下，可能会发力占据钙钛矿/晶硅叠层的先机。

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钙钛矿的理论极限31%和33%两种说法的区别？

1.48eV的带隙宽度计算下是31%，但最好的宽度1.35eV，理论效率能达到33.4%左右，但需要掺入锡替换铅，很容易被氧化，产业应用落后于铅。

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钙钛矿叠钙钛矿的情况？

专家个人意见钙钛矿/硅叠层率先产业化，然后是单节（包括组件，BIPV等），随后才是钙/钙叠层，因为技术难点更多，并不是解决单节的稳定性，就能解决叠层的稳定性问题的（含有易氧化的Sn），推测落后3-5年左右。

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钙钛矿电池的电子空穴来自于哪种组分？

通常都是碘和铅（不能具体到铅或碘，分不开）。

原标题：为什么关注钙钛矿？