鈣鈦礦新型光伏電池產業化

1. 鈣鈦礦電池前景廣闊

1.1 晶硅電池逐步接近效率天花板

常用的光伏材料有 Si、Ge、CIGS、CdTe、GaAs 等，其中硅元素在自然界中資 源豐富，可大量用于光伏行業。同時硅由于其禁帶寬度為 1.12eV，能對 300-1200nm 的光子有效吸收。疊加 CZ、DS、FZ 等工藝制備出的單晶硅具備純度高、晶格完美、 位錯缺陷少等優點，是理想的光伏電池材料。但由于吸收光譜限制，在 AM1.5 標準 光譜下，單晶電池極限轉換效率為 29.4%。

P 型電池制作工藝相對簡單，成本較低，主要是 BSF 電池和 PERC 電池。 AL-BSF：鋁背場電池是最早應用的單晶電池，成熟階段為 2013-2016 年。BSF 電池是在晶硅光伏電池 PN 結制造完成后，通過在硅片的背光面沉積一層鋁膜，制備 P+層，從而形成鋁背場。鋁背場有減小表面復合率和增加長波吸收等優點，但鋁背 場能夠反射的長波有限，因此其轉換效率有局限性。 PERC：通過背面鈍化膜取代全鋁背場的結構迭代，自 2015 年起逐步取代 BSF 電池，并于 2019 年超越 BSF 成為光伏主流電池。PERC 電池全稱為發射極及背面 鈍化電池技術，其與 BSF 電池在結構上差異不大，最大的區別在于 PERC 電池用背 面鈍化膜（Al203/SiNx）取代了傳統的全鋁背場，增強了長波的內背反射，降低了背 面的復合速率，從而使電池的效率提升；并且采用激光 SE 對其背面局部開孔進行電 極的制備，可大幅降低電池背面的復合電流密度。同時 PERC 電池具備雙面發電結構難度低、成本低等優勢，LCOE 指標上優于 BSF 電池。 PERC 電池理論轉換效率極限為 24.5%，目前已經接近極限，并且未能徹底解 決以 P 型硅片為基底的電池所產生的光衰現象。N 型電池應運而生。 N 型電池制作工藝相對復雜，成本較高，主要包含 TOPCon 電池和 HJT 電池。 N 型電池具有轉換效率高、雙面率高、溫度系數低、無光衰、弱光效應好、載流子壽 命更長等優點。

TOPCon：理論效率達 28.7%，2022 至 23 年 TOPCon 產能迅速增加，有望成 為繼 PERC 電池之后的新主流高效電池。TOPCon 全稱隧穿氧化層鈍化接觸，其核 心是其背面由一層超薄氧化硅與一層磷摻雜的微晶非晶混合 Si 薄膜組成，二者共同 形成鈍化接觸結構。超薄氧化層可以使多子電子隧穿進入多晶硅層同時阻擋少子空 穴復合，超薄氧化硅和重摻雜硅薄膜良好的鈍化效果使得硅片表面能帶產生彎曲，從 而形成場鈍化效果，使電池轉化效率提升。 HJT：理論效率達 28.5%，目前產能規劃較大，有望同 TOPCon 電池一起替代 傳統 PERC 電池，占據一席之地。HJT 全稱非本征晶硅異質結，其結構對稱，制備 流程短，雙面率、溫度系數、碳足跡等均優于 TOPCon。HJT 電池降本路徑清晰， 存在銀包銅、電鍍銅、薄硅片、網版、低銦靶材、薄硅片、210 尺寸半片、SMBB 等 降本增效技術，單線產能已經升至 600-1000MW，未來同時低溫工藝完美適配鈣鈦 礦疊層工藝，發展天花板有望進一步提升。

1.2 鈣鈦礦挑起薄膜電池大梁

薄膜電池是晶硅電池之外，光伏電池技術的另一個重要分支，具有很高的轉換效 率潛力。薄膜電池是指在玻璃或柔性基底上沉積若干層，構成 PN 結或 PIN 結的半 導體光伏器件。其核心是吸收層材料，目前主要包括硅基薄膜、銅銦鎵硒（CIGS）、 碲化鎘（CdTe）、砷化鎵（GaAs）、鈣鐵礦電池及有機薄膜電池等，以及各類薄膜-薄 膜、薄膜-晶硅疊層電池。薄膜電池總體上具備材料消耗少、生產時間短、制備能耗 低、制造環節少、適配柔性組件、弱光效應好、重量輕等特點。 CdTe 目前是主流薄膜電池。2021 年全球薄膜太陽電池的產能 10.7GW，產量 約為 8.28GW，同比增長 27.7%，主要是受 First Solar 產量增長的拉動。其中 CdTe 電池產量約為 8.03GW，其中國外 7.9GW，國內 130MW，在薄膜太陽電池中占比為 97%；CIGS 電池的產量約為 245MW，其中國外 210MW，國內 35MW，占比為 3%。 2021 年全球薄膜電池市場占有率僅為 3.8%，同比下降 0.2pct，其增速不及晶硅 組件。薄膜太陽電池雖然受晶硅電池產業快速發展的擠壓而被推向邊緣化，但在光伏 建筑一體化（BIPV）、可穿戴設備、移動能源領域具備特定優勢，同時生產過程低碳 足跡，因此薄膜電池未來仍有較好的發展應用前景。

1）硅基薄膜電池：產品性能和生產成本上相較晶硅電池無明顯優勢，并且技術 提升空間有限，企業相繼停產、減產，逐步退出主流市場。 2）CIGS、CdTe 電池：理論效率均超過 33%，目前實驗室最高轉換效率分別達 到 23.35%、22.1%，量產組件平均轉換效率也均達到或超過 16%、18%。目前銅銦 鎵硒（CIGS）電池最高可以達到 23.35％的轉換效率，然而其是在超高真空（10-9 Torr）和約 350℃的高溫下制造。由于 PET 和 PEN 等成本較低材料在此環境利用受 限，因此 CIGS 制造成本較高且無法大規模量產。不僅如此，In、Ga 和 Se 等原材 料昂貴且地球儲量不豐富，這限制了 CIGS 大規模應用的可能性。CdTe 電池則在特 定的 BIPV 場景具備較好的應用，目前美國的 First Solar 相對領先。 3）GaAs 電池：具有高效率、耐高溫、抗輻射、弱光性能好、輕質柔性等特點， 但制造成本高，主要應用于空間飛行器等特殊用途，在 MW 級量產化方面還需要時 間發展。 4）有機薄膜電池：制備工藝相對簡單，受轉換效率較低的影響，近些年發展緩 慢，效率提升有限。 5）鈣鈦礦電池：具備高轉換效率，單結理論效率可達 33%，組件量產效率在 2023 年底有望達 18%。還兼具原材料豐富、低成本、技術工藝相對簡單、制造過程 低碳環保、環節少、設備投資額低等優勢，可應用于工商業屋頂、BIPV、大型地面 電站、航天、戶外應用、智慧交通等領域。

1.3 鈣鈦礦有望成為晶硅之后的主流電池

鈣鈦礦電池轉換效率提升迅速。2009 年，首個鈣鈦礦太陽能電池被發明，而轉 換效率僅為 3.8%。但經歷各國實驗室重視研發 14 年后，其效率就被提升至 26%。 而晶硅電池轉換效率從 5%左右發展至 26.81%用了 60 余年，理論極限轉換效率為 29.4%，目前晶硅電池已逐步接近轉換效率的天花板，反觀鈣鈦礦電池仍具備較大的 發展潛力，如單結、雙疊層、三疊層、四疊層理論最高轉換效率分別達 32.5%、44.3%、 50.1%、54.0%。

協鑫光電新建的 1m×2m 尺寸鈣鈦礦組件作為全球首條 100MW 量產線已進入 中試，目前組件轉化效率近 16%，預計 2023 年底組件轉換效率可達 18%。

1.4 大型化和疊層是主流趨勢

目前行業內鈣鈦礦電池生產大多處于小規模試驗階段，三條 100MW 及以上中 試線已經建成，并先后投入運營，首批量產組件已經開始分布式應用實踐。2022 年 小電池片實驗室最高轉換效率為 25.6%，玻璃基小組件最高轉換效率為 22.4% （26.02cm2）。處于小規模試驗線量產階段的玻璃基組件中試最高轉換效率達到 18.2%。

鈣鈦礦電池組件降本增效持續進行。根據 CPIA 預測，2023 年平米級鈣鈦礦光 伏產品有望實現 17-19%的轉換效率，預期 2030 年可能提升至 25%。當前百兆瓦級 產線階段成本可以控制在 1.0-1.5 元/W，2025 年后 GW 級產線有望將成本降至 0.8 元/W；2028-2030 年 10GW 級產線有望將成本降至 0.6 元/W。

鈣鈦礦大型化是降本的必經之路。由于鈣鈦礦中的涂布和真空濺鍍的環節，使其 與現有的 OLED 產業有較大的相似之處。以 OLED 不同代的生產線為例，6 代線相 比于 2.5 代線，不經單屏面積有一定提升，年產能也從原有的 3 萬 m2 提升至 100 萬 m2，同時大面積制備能夠攤薄設備折舊、人工、材料等成本，使其成本達到 90 美元 /m2，僅為 2.5 代線的十分之一。

兩端疊層有望成為未來的主流趨勢。疊層電池技術路線豐富多樣，主要結構有四 種。1）集成一體的兩端器件：兩個子電池通過復合層連接，容易集成到光伏系統中。 2）機械堆疊的四端器件：頂底電池獨立制造，不必考慮工藝兼容問題，但需要三個 透明導電電極，寄生吸收大且制造成本高，同時需考慮外接兩種不同型號的逆變器。 3）光學耦合的四端器件：通過二向色鏡將穿過頂電池的光反射到底電池，但二向色 鏡成本極高。（4）串聯-并聯（S-P）疊層器件：存在電流匹配問題。

疊層電池是突破單結電池效率極限的重要方法。疊層電池通過將寬帶隙電池與 窄帶隙電池串聯，能更加合理地利用全光譜范圍內的光子，寬帶隙+窄帶隙疊加可減 少帶外吸收和熱弛豫損失。一般來說，硅電池帶隙為 1.1eV，非常適合作疊層電池底電池，通過理論計算，再與一種帶隙 1.7eV 的頂電池相結合，可以實現效率超過 30% 的疊層電池。鈣鈦礦具有諸多優點，是制造頂電池的優異材料。

疊層電池結數越多理論轉換效率越高，但制造難度越大。從理論上來說，當一個 電池的結數越多，其轉換效率越高，這是因為可以在更窄的波長段去選取具備更加適 合帶隙的材料。例如單結、雙疊層、三疊層、四疊層理論最高轉換效率分別達 32.5%、 44.3%、50.1%、54.0%。

鈣鈦礦電池的 ITO 層需匹配合適的緩沖層。ITO 層的存在會使制備兩端結時相 對方便，但隧穿連接層不可省略。因為鈣鈦礦材料直接與 ITO 接觸會產生穩定性的 問題，因此鈣鈦礦異質結疊層仍然需要額外的隧穿連接層，其對提升疊層電池的效率 方面也存在較大影響。

晶硅/鈣鈦礦疊層電池轉換效率不斷提升。2022 年 12 月德國柏林亥姆霍茲中心 （HZB）制備的硅鈣鈦礦串聯電池效率高達 32.5%，經意大利認證機構歐洲太陽能 測試裝置（ESTI）測試創下新的世界紀錄。此項記錄在兩年內三次刷新，2021 下半 年，HZB 團隊通過周期性納米織物實現了 29.8%的光電轉化效率；2022 年夏天，瑞 士洛桑高等理工學院研制出轉換效率 31.25%的串聯電池。疊層電池未來有望替代昂 貴的Ⅲ/Ⅴ族化合物半導體電池—如砷化鎵、銦鎵磷和氮化鎵等。

異質結電池與鈣鈦礦疊層最為適配：1）目前主流晶硅電池中，僅異質結電池具 備透明導電層 TCO，可與鈣鈦礦疊層完美適配，后續改造難度小，工藝流程簡單， 升級優化成本低；2）異質結電池的對稱性結構，可兼容正反型鈣鈦礦電池技術；3） 異質結電池開路電壓高，因此與鈣鈦礦疊層串聯輸出電壓高，從而保障鈣鈦礦/異質 結疊層電池效率較高；4）異質結電池和鈣鈦礦電池制備均屬于低溫工藝，工藝溫度 上較為適配。

截至 2023 年 2 月底，國內已有協鑫光電、纖納光電和極電光能等 3 條百兆瓦以 上產能鈣鈦礦產線投產。其中，協鑫光電和纖鈉光電的產線產能分別為 100MW，極 電光能的為 150MW，此外，許多實驗室小線已經建成或正在建設。

2. 多項優勢助鈣鈦礦產業化加速

2.1 材料結構原理簡單

雖然無機鹵化鉛自 19 世紀以來就被研究，有機-無機鹵化物自 20 世紀初就被關 注，但混合鹵化物鈣鈦礦首次報告直到 1978 年才由 Weber 提出，他同時報告了 CH3NH3PbX3（X = Cl, Br, I）和 CH3NH3SnBr1-xIx合金。在隨后的幾十年里，這些材 料不斷被研究，直到 2009 年首個鈣鈦礦太陽能電池出現。鈣鐵礦材料具備理想的禁 帶寬度，極高的吸光系數，很低的電子空穴對結合能、均衡的載流子遷移率和較長的 載流子壽命等多個優點。 鈣鈦礦最早是指 CaTiO3，由 Gustav Rose 在俄羅斯烏拉爾山發現，它的晶體結 構由共享角的 TiO6 八面體組成，其中 Ca 占據每個單元格中的立方八面體空腔。隨 后類似的晶體結構也逐漸被發現，因此用 ABX3 來代表此類物質（如 SrTiO3 和 BaTiO3）。通過改變溫度、壓力和電磁場，可以使 BX3多面體在網格中發生可逆相變， 從而改變其傾斜和旋轉角度，最終可以獲得立方體、四方體、正方體、三角體和單斜 多晶體。

在光照條件下，電池通過吸收光產生一個從 ETL（電子傳遞層）指向 HTL（空 穴傳輸層）的電場。這個場將誘導碘化物（MA）空穴向 HTL（ETL）運動。因此， 這些遷移的缺陷不斷積累將使 MAPbX3 薄膜上產生靜電勢，其方向與光子吸收產生 的靜電勢相反。正極化使電池像一個 n-i-p 結，因此電流將與鈣鈦礦摻雜產生的梯度 方向一致，而負極化使電池表現為 p-i-n 結。

介孔型 PSCs 結構為透明導電電極（Transparent conductive electrode，TCE） /電子傳輸層（Electron transport layer，ETL）/鈣鈦礦吸收層/HTL/金屬電極。其中， ETL 一般為 TiO2，且包括兩部分，即致密 TiO2（Compact TiO2，c-TiO2）和介孔 TiO2 （Mesoporous TiO2，m-TiO2），其共同作用是選擇性接觸，即提取電子阻擋空穴。 m-TiO2還能作為支架容納鈣鈦礦并擴大接觸面積。 目前國內鈣鈦礦行業采用反式（n-i-p）結構為主。即在 FTO 玻璃上覆蓋一層 P 型的空穴傳輸層，再往上覆蓋鈣鈦礦層，鈣鈦礦上面是 N 型的電子傳輸層。再往上 是背電極。這是由于相比于正式結構，采用反式結構材料選擇會更多，更好地完善制 備工藝，但本質上兩者工作原理沒有太大差別。

2.2 天然具備多重優勢

相比于傳統晶硅電池，鈣鈦礦電池在材料用量、工藝溫度、制備難易程度、環保、 初始投資額、生產成本等多方面具備優勢。

1）溫度系數低：晶硅組件的溫度系數是-0.3%/℃左右，即每上升 1℃，組件功 率會下降 0.3%。而鈣鈦礦組件的溫度系數為-0.001%/℃，十分接近于 0，因此在實 際應用中，尤其是高溫的工作環境下，相同標定轉換效率的鈣鈦礦電池會比晶硅電池 具備更高的發電功率。同時鈣鈦礦電池還具備強弱光表現，應用場景豐富等特點。

2）制備速度快：目前協鑫光電已能把從玻璃、膠膜、靶材、化工原料進入到組 件成型的全過程控制在 45 分鐘之內。

3）鈣鈦礦組件制造環節少、投資額少：傳統晶硅電池需要經歷硅料、硅片、電 池和組件四大流程，其中硅料純度要求極高（99.9999 ~ 99.99999%），同時需要在 1000℃高溫下燒制而成；隨后拉棒環節，硅料在 1400℃左右的高溫下熔化成液體， 并通過籽晶長時間生長后，拉成單晶圓棒進行切片。之后在電池片環節，需要經過制 造 PN 結、印刷電極等，再通過焊接、膠膜、玻璃封裝等工藝形成最后的組件。而目 前協鑫光電已能將整個 100MW 鈣鈦礦組件產線高度濃縮在單個工廠內。

4）材料、能量消耗少：鈣鈦礦電池吸收層均可用基礎化工材料制備，且不含稀 有元素，材料易得且純度要求比硅料低。此外鈣鈦礦材料使用量少，總厚度大概 1um 左右，而晶硅電池目前主流硅片厚度在 120-150μm。晶硅組件由于使用含鉛焊帶， 因此每塊組件含鉛 16-18g，而鈣鈦礦每塊組件含鉛量小于 2g。

5）鈣鈦礦電池排放少，能量回收期短：全鈣鈦礦串聯結構的能量回收時間和溫 室氣體排放因子（GHG emission factor，生命周期度電溫室氣體排放量）分別為 0.35 年和 10.7g CO2-eq/kWh，而硅基電池的能量回收時間和溫室氣體排放因子分別為 1.52 年和 24.6g CO2-eq/kWh。鈣鈦礦單結電池能量回收時間僅為硅基電池的 23%， 溫室氣體排放因子僅為硅基電池的 43%。

6）鈣鈦礦電池轉換效率高，仍有較大的提升空間： 太陽能電池的轉換效率由三個參數決定：開路電壓（VOC）、短路電流（JSC） 和填充因子（FF）。其中，VOC 是多晶體薄膜太陽能電池中最難改善的參數。這是因 為多晶體薄膜電池相比單晶電池通常含有更多的缺陷，如點缺陷和晶界（GBs）。 鈣鈦礦轉換效率已考慮到鈣鈦礦電池是在低溫下通過溶液工藝制造的，目前其 能達到 1.213V 的 VOC，已經超過絕大部分電池。為了達到如此高的 VOC 性能， CH3NH3PbI3 中的缺陷包括點缺陷、表面和晶界必須具備較好的導電性，這在傳統的 無機光伏電池中還沒做到，如 Si、GaAs、CuInSe2、CdTe 等。

單結鈣鈦礦電池理論極限效率可達 33%，且其對雜質缺陷容忍度高，效率進一 步提升的潛力大，若再進一步與鈣鈦礦或晶硅電池進行疊層，轉換效率有望突破 50%。 硅片制作工藝導致它在210尺寸后續向上發展空間有限，而鈣鈦礦晶體依附于玻璃， 因而在組件尺寸上仍有較大的進步空間。

7）成本低：在材料使用方面，由于晶硅電池生產中的硅料和硅片環節需要消耗 大量的能量，因此硅材料的成本相對于鈣鈦礦材料要高。同時由于鈣鈦礦電池組件主 要采用涂布工藝和 PVD 工藝，流程簡易且適合規?；a，設備投資額小，因此設 備、土地折舊也低于晶硅組件全產業鏈的折舊。不僅如此，由于鈣鈦礦組件重量輕， 因此也可以節約物流成本和人力成本。

8）應用場景豐富：柔性鈣鈦礦可直接貼附在原有建筑結構表面，安裝成本低， 同時其外觀優勢使其在 BIPV 領域極具競爭優勢。在移動能源端，鈣鈦礦電池有望應 用于可穿戴設備、露天作業設備、新能源車頂棚等場景。

2.3 穩定性穩步驗證

由于鈣鈦礦是離子晶體，因此對濕氣很敏感，同時 MAPbI3 在光線和濕度下會發 生嚴重的降解，被分解為 CH3NH2、HI 和 PbI2 這與 MA+通過氫鍵與 PbI6 八面體的相 對弱的相互作用有關。在室溫下，MA+陽離子在周圍的 PbI6 八面體中顯示出動態無 序，這表明 MA+和 PbI6 八面體之間的互動很弱。由于 MAPbI3 帶隙的電荷轉移性質， 這種相互作用在光激發時變得更弱，這可能是 MAPbI3 在光下加速降解的原因。H2O 對 MAPbI3 的降解可能是由于 H2O 和 PbI6 八面體之間的氫鍵比 MA+強。

鈣鈦礦電池對于光吸收體晶體結構的依賴導致其熱穩定性較差，同時鈣鈦礦在 光照和濕度環境下，有機陽離子會從 Pb-I 結構中逃逸，或與外部的氧氣或水汽反應 從而產生相應的降解, 很容易分解為 PbI2 和 CH3NH3I，繼而分解為 CH3NH2 和 HI。 為解決鈣鈦礦電池穩定性的問題，甲酰胺陽離子組成的鈣鈦礦 HC(NH2)2PbI（3 FAPbI3） 被認為可以取代 MAPbI3，FA 陽離子因 C-N 鍵的共振特性而光照、溫度穩定性更好， 而通過加入 Cs 離子可以進一步改善 FAPbI3 的光穩定性。 對鈣鈦礦層吸光組分體系的優化、組件結構中功能層新型材料的使用、以及應用 鈍化、修飾等策略可以提高鈣鈦礦電池的穩定性。2022 年普林斯頓大學報道迄今在 穩定性上表現較好的鈣鈦礦電池，其在 110℃的 T80 壽命達到 2100 小時以上，據普 林斯頓測算，電池在 35℃/Sun 條件下連續運行，其 T80 壽命長達 5.1 萬小時（野外 約 30 年工作壽命）。根據協鑫光電測試，鈣鈦礦電池在現有晶硅 IEC61215 測試標 準下（如曝曬、熱斑耐久、紫外預處理、熱循環、濕熱、濕凍），其穩定性測試的結 果可以達到晶硅電池水平。

2.4 量產制備工藝簡易

鈣鈦礦主要制備流程：1）帶有正電極的玻璃經過自動化清洗后，進行第一道真 空鍍膜、激光劃線出第一道槽；2）涂布（Coating）鈣鈦礦材料，結晶，再以激光刻 出第二道槽，實現串聯；3）真空鍍上背電極后，第三道激光劃線，第四道激光清邊； 前道工序就此完成。前道涂布核心設備有激光設備、真空磁控濺射鍍膜（PVD）設備、 涂布設備。

結晶是鈣鈦礦制備的最核心步驟。結晶的效果直接影響光吸收范圍，最終影響太 陽能電池的效率，也會影響組件的壽命。鈣鈦礦層的配方不斷迭代的目的是為了用于 擴大晶體，因此鈣鈦礦的配方是結構中最復雜的。而和鈣鈦礦直接接觸的 p 型材料 和 n 型材料也會隨著鈣鈦礦配方的改變而相應調整，去形成良好接觸。底電極一般 采用 FTO，背電極可以是金屬電極，也可以是透明氧化物（TCO）電極。 狹縫涂布(Slot Die)有望成為鈣鈦礦層制備解決方案。涂布膠液由存儲器通過 供給管路壓送到噴嘴處，并使膠液由噴嘴處噴出，從而轉移到涂布的基材上，制成周 期一般在 60 秒左右，之后通過加熱或其他手段使溶液揮發，百納米級的晶體就會鋪 展在玻璃基板上，其結構越均勻，組件的轉換效率越高。涂布是整個工藝中含金量最 高也是難度最大的環節，需要在絕對無塵的超凈間完成，目前狹縫涂布法已成為行業 量產化和商業化主流方向。

狹縫涂布具備多重優勢：1）大面積制備；2）工藝窗口寬、良率高；3）能在絨 面襯底上成膜，可以制備疊層電池；4）結晶從預置的晶核開始，分布均勻；5）形核、 晶粒生長分兩步前后完成；6）不受溶劑揮發快慢的影響；7）在預制“晶核”上定向 結晶生長，晶粒大；8）缺陷少，膜層質量高。

一步法：采用旋涂方式，使用含有等量的 FAI 和 PbI2的 N-二甲基甲酰胺（DMF） 溶液。一步旋涂法無法很好對鈣鈦礦層的形成速率進行控制，從而導致薄膜的覆蓋性 較差。實際應用中，可以通過添加氫碘酸以增加前驅體在溶液中的溶解度來增強 FAPbI3 層的覆蓋率。同時改變前驅體也會使薄膜結晶覆蓋率提升，如用 HPbI3 作為形成 FAPbI3 的前驅體，將使 FAPbI3 的結晶過程減慢，從而行成高度結晶且覆蓋均 勻的 FAPbI3 層。 兩步法：先沉積 PbI2，再將 PbI2 層浸入含 FAI 的 2-丙醇溶液，在室溫下形成黃 色相非鈣鈦礦結構，再通過 150℃加熱后變成黑色相鈣鈦礦結構。與一步法相比，兩 步法生成的 FAPbI3 的覆蓋率相對較高。兩步法允許鈣鈦礦被成功地完全滲透到介孔 TiO2 中，并在 TiO2 頂部留下 FAPbI3 的立方體。FAPbI3 晶體的生長在很大程度上取 決于 FAI 溶液的濃度。低濃度會導致在成核初期出現稀疏分布的籽晶，而相對高濃 度會導致生成高密度的籽晶，從而抑制了晶核的進一步生長。 加合法：加合法則是將 DMSO、FAI、PbI2 一同加入，DMSO 溶液與 PbI2 相互 作用形成透明加合膜，通過去除 DMSO 轉化為 FAPbI3 層。

激光工藝在鈣鈦礦制造工藝中主要起標記、劃線、清邊的作用。并且對于不同的 膜層，激光波長也會有相應的調整。除了涂布結晶外，鈣鈦礦的激光劃線對精度提出 了更高的要求。相比于 PERC 開槽 10μm 左右的精度需求和銅銦鎵硒和碲化鉻電池 μm 級的精度需求，鈣鈦礦則擁有百納米級的厚度，因此對于激光設備的光源的穩定性， 裝配的精度，機臺的穩定性都提出了新的要求。

磁控濺射有望成為鈣鈦礦鍍膜主流方式。相比于蒸鍍、電子槍，磁控濺射（PVD） 具備成膜面積大、膜質均勻、成膜效率高等優勢，并且可以通過調整靶材與電池的距 離以及磁場分布，盡量降低離子轟擊對鈣鈦礦材料的傷害。同時優化腔體冷卻、散熱 設計可將腔體溫度維持在低溫，防止鈣鈦礦材料高溫分解。但鈣鈦礦生產對于 PVD 設 備也提出了部分新的需求，如保證連續鍍膜、防止有機物污染、防止靶面污染、提升 設備產能。

后道工序主要包括裁切、丁基膠封邊、層壓、清邊、紫外固化等工序，后道核心 設備有丁基膠涂敷機，POE 膠膜裁切覆膜機、緩存固化機等。

鈣鈦礦工藝整體流程相對較短，意味著后續工藝進步、良率提升潛力較大。其中 電池環節中的涂布結晶、激光劃線、鍍膜是三大核心環節。結晶環節若采取不同路線， 需要保證熱場均勻穩定或風場流速穩定，難點在于大面積均勻結晶；劃線環節則對精 度有更高的要求，未來有望通過新圖形化版型降低電阻從而提升轉換效率；鍍膜的難 點在于鈣鈦礦層上層鍍膜環節要減少高溫、高能粒子對于鈣鈦礦層的損傷；組件環節 工藝相對成熟，部分技術可沿用晶硅電池。

3. TCO 玻璃有望迎來鈣鈦礦領域新應用

3.1 FTO 玻璃有望成為主流鈣鈦礦電極玻璃

TCO 玻璃需要具備高電導率、高透明度、低電阻、膜層均勻、熱穩定性強、化學 穩定性強、低成本，TCO 玻璃所用的典型材料有 ITO（氧化銦錫）、AZO（氧化鋁鋅）、 FTO（氟摻氧化錫）等。

TCO 玻璃就是鍍有透明導電氧化物薄膜的玻璃材料，在平板顯示器件電極、薄膜 太陽能電池電極、智能變色玻璃電極、隔熱節能視窗、加熱防霧玻璃、電磁屏蔽視窗、 氣敏元件等領域具有廣泛應用。

TCO 玻璃材料需要經過透過率、電導率、霧度、激光刻蝕性能、物化穩定性、大 面積鍍膜難易程度、成本等多方面性能的考量。

ITO 玻璃：產品相對成熟，具有高透射率、膜層牢固、導電性好等特點。其缺點 在于散射能力較弱、激光刻蝕性差、材料和制程成本高、在等離子體中不夠穩定。 FTO 玻璃：導電性比 ITO 玻璃略差，但成本較低、容易激光刻蝕，目前主要用于 Low-E 玻璃，改變霧度和導電性后可做 TCO 玻璃。 ZnO 玻璃：氧化鋅基薄膜結構為六方纖鋅礦型，材料易得、制造成本低、無毒且 易于摻雜、在等離子體中穩定性好，但大面積鍍膜存在難度。

TCO 制備的方法包括化學氣相沉積（CVD）、濺射法（PVD）、溶膠凝膠法（Sol-Gel）、 噴霧熱噴法（spray pyrolysis）等四種，其中在線 CVD 和離線 PVD 是制備 TCO 玻璃 的兩種主流方法。

FTO 玻璃膜層與玻璃的結合非常牢固，化學穩定性、熱穩定性、耐酸性、耐堿性、 耐磨性較好。 在線浮法 FTO 玻璃一般采用 APCVD，即常壓化學氣相沉積生產，在錫槽窄段利用 玻璃板自身熱能（660-700℃）進行鍍膜。CVD 反應過程主要分為 5 步，1）擴散：鍍 膜原料以氣態形式或氣體載體攜帶輸送到鍍膜機并通過邊界層擴散到玻璃板表面；2） 吸附：原料分子被吸附在特定溫度的玻璃表面；3）反應：原料分在玻璃表面進行反 應，包括化學分解和化學反應，表面遷移到附著點（扭結和楔入），燒結和其他表面 反應（如散發和再沉積），同時反應副產品解吸附；4）成膜：持續的表面反應并達到 設計的膜層厚度；5）副產品：反應副產品通過邊界輸送出去離開鍍膜機。

FTO 玻璃頂膜是具有低輻射性能的摻氟氧化錫，這一膜層能夠反射紅外線，起到 保溫隔熱及導電的作用；底膜有兩個主要作用：1）隔離阻止玻璃中堿金屬離子（Na+）， 防止其向功能膜層滲透并破壞膜層結構；2）消色作用，利用光學性質來消除膜層內 部光線反射，使膜層整體看起來呈無色或淡淡的中性灰色。TCO 玻璃鍍頂膜的工藝技 術幾乎一致，主要區別集中在底膜上。在線 TCO 頂膜層根據霧度等要求不同，厚度為 470-750nm，通過調整膜層晶型狀態，增加光的散射，由于霧度在沉積 FTO 膜層時自 然產生，因此無需再次制絨 TCO 產品的霧度范圍可以做到 0.8-20％。

FTO 玻璃具備很高的化學核熱穩定性，表面粗糙程度較高，Rrms大概在 16nm 左右， 而 ITO 玻璃 Rrms大概在 1nm 左右；FTO 等離子體穩定性優于 ITO，并且僅需 1.3 秒的 停留時間即可完成薄膜沉積，沉積速度在 20-100nm/s 左右。 離線 ITO 玻璃生產線主要由玻璃預處理、上片、磨邊、清洗、加熱、鍍膜、再加 熱、退火、冷卻、在線檢測、噴粉、下片等生產工序組成?？傮w來說離線磁控濺射鍍 膜制成的 ITO 玻璃生產已經較為成熟。

3.2 TCO 玻璃占據鈣鈦礦組件主要成本

單結鈣鈦礦組件成本約在 19.8-24.7 美元/平，其中 TCO 玻璃、柵線、層壓占據 其制造的主要成本。

TCO 玻璃占據鈣鈦礦電池主要成本。若以采用 ITO 玻璃為前板玻璃的鈣鈦礦電 池為例，其結構為 Al/SnO/鈣鈦礦層/NiO/TCO 玻璃，其中 TCO 玻璃成本約為 6.17 美元/平，占鈣鈦礦電池總成本的 33.7%。

3.3 國內 TCO 玻璃企業有望后來居上

TCO 鍍膜玻璃對透射率及霧度要求較高，因此超白壓延玻璃原片是生產光伏玻璃 的基礎。光伏玻璃對光的吸收以及反射會影響光伏電池的轉換效率，這要求光伏玻璃 不斷提高其透明度。按照國家標準，光伏玻璃鐵含量要低于 0.015%，因此，我們認 為現有生產超白浮法玻璃的企業，且具備長期在線鍍膜深加工的玻璃企業有望在鈣 鈦礦 TCO 玻璃行業拔得頭籌。 國內 TCO 玻璃產能受限于需求而非技術。從 TCO 玻璃的技術層次和市場規模上 看，NSG 在世界范圍內仍具有一定壟斷地位，不過國內的中國玻璃控股有限公司、艾 杰旭特種玻璃（大連）有限公司、金晶科技等企業也都具備生產 TCO 玻璃的能力，市 場規模主要是受下游薄膜電池產業的影響未能擴大，但在技術水平上跟 NSG 并沒有 明顯差距。

浮法玻璃產能仍受限于產能置換政策?！端嗖Ａ袠I產能置換實施辦法》于 2017 年 12 月 31 日提出，自 2018 年 1 月 1 日起實施，意在推動水泥玻璃行業供給側 結構性改革、化解過剩產能，通過產能置換嚴禁新上擴大產能項目，嚴禁備案和新建擴大產能的平板玻璃項目。雖然 2021 年 7 月 21 日，工信部發布印發了修訂后的《水 泥玻璃行業產能置換實施辦法》，明確提出新上光伏壓延玻璃項目不再要求產能置換， 但要建立產能風險預警機制并召開專業聽證會，但新建浮法玻璃仍然需要產能置換， 因此國內浮法玻璃產能從 2018 年的 5855.0 萬噸上升至 2022 年的 6173.7 萬噸，4 年 僅增長 5.44%。

浮法玻璃主要應用于房地產、汽車、電子電器等三大領域。其中房地產、汽車、 電子電器等三大行業消費的浮法玻璃占比分別為 71%、21%、8%。隨著鈣鈦礦電池技 術逐漸發展成熟，未來浮法玻璃應用結構有望發生改變。

當前浮法玻璃價格處于歷史低位，庫存處于歷史高位。浮法玻璃價格和庫存量 呈現明顯負相關。根據卓創資訊統計，2023 年 2 月的浮法玻璃價格為 1742.8 元/噸， 對應行業庫存為 548.3 萬噸。當前浮法玻璃庫存仍處于歷史高位，我們認為隨著房地 產產業鏈修復以及未來在鈣鈦礦領域的應用前景，我國浮法玻璃需求有望增加，且由 于新增產能的限制，庫存有望進入下行周期，進而帶動浮法玻璃的價格提升。

當前我國擁有超薄超白浮法玻璃供應的企業仍在少數。目前國內浮法玻璃企業 超過 145 家，且產能較為分散。由于浮法玻璃大量應用于建材行業，因此對于隔音、 隔熱、堅固有較高的要求，故而 3.2mm 及以下的浮法玻璃應用場景相對有限，目前主 要應用于電子電器行業。且由于薄玻璃的生產良率相對較低，因此我國 3.2mm 及以下 的浮法玻璃供應主要集中在信義、福萊特、金晶、臺玻、南玻、艾杰旭等幾家頭部玻 璃企業。我們認為上述企業在未來鈣鈦礦領域的 TCO 玻璃應用上具備一定的成本和 技術優勢。

我們認為鈣鈦礦產業鏈投資機會主要在設備（涂布、激光、鍍膜）、電池組件制 造、材料三大領域，景氣度有望按照設備->制造->材料路徑傳導。

4.重點公司分析

4.1 金晶科技：TCO 玻璃先驅者

金晶科技成立于 1999 年，2002 年于上海證券交易所上市。公司目前已經形成礦 山/純堿-玻璃-玻璃深加工產業鏈上下游一體化生產，是玻璃、純堿行業龍頭企業， 具備較好的規?；洜I優勢。

1）純堿：公司純堿業務運營主體為全資子公司海天公司，截至 2021 年公司年產 能 150 萬噸，除滿足公司玻璃板塊所需外，剩余產能則全部外銷。

2）浮法玻璃：金晶超白玻璃廣泛用于高端建筑幕墻，金晶優質浮法玻璃廣泛用 于汽車行業和工業品行業。深加工板塊重點定位節能建筑、工業冷鏈、出口市場，同 時積極拓展建筑光伏一體化（BIPV）、工業品領域等新興市場。

3）玻璃深加工：金晶科技產品憑借優良的性能而廣泛應用于中國尊、北京銀泰 中心、鳥巢、水立方、冬奧會速滑館、北京大興國際機場、國際會議中心、上海世博 陽光谷、上海中心大廈、環球金融大廈、深圳平安大廈、阿聯酋迪拜塔（哈利法塔） 等地標性建筑。

4）光伏玻璃：寧夏金晶目前具備 600t/d（一窯三線）光伏壓延玻璃產能，為國 內光伏組件龍頭企業提供支持，該線產品已進入穩定供貨階段，后續 2 條 1200t/d 產 線已通過寧夏聽證會。

5）TCO 玻璃：2021 年，金晶科技完成了超白 TCO 鍍膜玻璃基片的研發，在高透 過率基片基礎上相繼開發成功 3.2mm 和 2.65mm 超白 TCO 導電玻璃。馬來西亞金晶 500t/d 薄膜光伏組件背板和 600t/d 面板玻璃生產線各一條，采用浮法工藝技術，為 國際知名碲化鎘薄膜光伏組件生產商 First Solar 的上游供應商，其中一期聯線鋼化深加工產線于 2021 年 7 月投產、一期背板生產線于 2022 年第一季度點火試生產， 主要產品為 2.2mm 背板鋼化玻璃，2022 年二季度開始向 First Solar 供貨，二期 600t/d 產線已于 2023 年 5 月點火。 營收有望維持增長，凈利潤長期有望修復。2022 年公司實現營收 74.59 億元， 同比增長 7.8%，實現歸母凈利潤 3.56 億元，同比下降 72.8%。2022 年國內建筑玻璃 度需求低迷，浮法玻璃行業庫存處于高位，因此其銷售價格呈現下降走勢。同時主要 原、燃料價格大幅上漲，純堿和浮法玻璃成本均有上升，產品毛利率同比大幅下降。 我們認為隨著冷修產線增加疊加需求修復，2023 年浮法玻璃價格有望穩步上行，同 時主要原材料、燃料價格有望下行。

費用率控制優秀，盈利能力有望回升。2022 年國內建筑玻璃度需求低迷，浮法 玻璃行業庫存處于高位，因此其銷售價格呈現下降走勢。且受到疫情、地緣沖突及全 球通脹加劇等影響，主要原、燃料價格大幅上漲，純堿和浮法玻璃成本均有上升，毛 利率同比大幅下降。2022 年公司毛利率下降至 16.7%，同比下降 17.6pct。毛利率、 凈利率后續有望在 TCO 玻璃產能釋放推動下回升。公司整體費用率控制良好，2022 年公司銷售、管理、研發費用率分別為 0.7%、4.3%、2.8%。

TCO 玻璃供需共振，有望推動盈利增長。公司已與國內部分碲化鎘、鈣鈦礦電池 企業建立 TCO 玻璃供應關系，并得到下游客戶認可，鈣鈦礦頭部企業協鑫光電為公 司 TCO 玻璃客戶之一。不僅如此 2022 年 10 月，公司與頭部鈣鈦礦電池組件生產企 業纖納光電簽署鈣鈦礦用 TCO 系列玻璃戰略合作協議，未來將根據纖納光電的鈣鈦 礦擴產規劃，投資建設相應的 TCO 玻璃產線。為滿足鈣鈦礦電池用 TCO 玻璃的需求， 2022 年 9 月，滕州金晶二線 600t/d 玻璃生產線停產冷修，后續公司將其升級改造為 TCO 玻璃產線。

4.2 耀皮玻璃：TCO 玻璃有望開啟新成長曲線

耀皮玻璃成立于 1983 年，于 1993 年改制上市，與全球玻璃制造商英國皮爾金 頓公司實現緊密合作。公司是中國玻璃制造行業較早的上市公司，在國內高品質玻璃 領域耕耘三十多年。公司目前擁有浮法玻璃、建筑加工玻璃、汽車加工玻璃、特種玻 璃等四大業務板塊。公司產品并被廣泛應用于北京中國尊、上海中心大廈、上海浦東 機場三期、香港環球貿易廣場、日本新東京電視塔、德國法蘭克福航空樞紐、科威特 哈馬拉大廈等全球地標性建筑中。 22 年耀皮玻璃浮法玻璃共擁有天津 1150t/d（1 窯 2 線）、常熟 1200t/d（1 窯 2 線）2 個生產基地和 4 條先進浮法玻璃產線，可生產超白浮法玻璃及在線鍍膜 Low-E 玻璃；建筑加工玻璃共擁有上海、天津、江門、重慶等四個生產基地，具備中空玻璃 年產能 850 萬平，鍍膜玻璃產能 1450 萬平；汽車加工玻璃共擁有上海、儀征、武漢、 常熟、天津、桂林等六個生產基地，已成為上海通用、上海大眾、廣汽、比亞迪等知 名車企供應商。特種玻璃方面，公司現在常熟擁有 300t/d（1 窯 2 線）壓延玻璃產 線，可用于光伏組件。

2018-2022 年公司整體營收狀況相對穩定。2022 年營收為 47.56 億元，同比增長 2.3%。受 2021 年以來上游燃料、純堿價格大幅上漲和下游汽車玻璃及建筑行業玻 璃需求大幅減少導致的浮法玻璃價格下行的雙向影響，2022 年公司歸母凈利潤為 0.15 億元，同比減少 85.8%。

受 2021 年以來上游燃料、純堿價格大幅上漲和下游汽車玻璃及建筑行業玻璃需 求大幅減少導致的浮法玻璃價格下行的雙向影響，2022 年公司毛利率下降至 14.0%， 同比下降 5.4pct。公司整體費用率相對穩定。2022 年公司銷售、管理、研發費用率 分別為 2.4%、5.5%、4.7%。

2022 年公司完成了小型鍍膜實驗線的安裝和調試，有序推進以鍍膜技術為核心 的超低能耗 Low-E 中空玻璃、光伏天窗玻璃、電控調光玻璃、薄膜電致發光顯示器、 星空玻璃、化學鋼化玻璃等新產品的攻關。黑玻保持較高成品率，成功進入烏茲別克 斯坦、俄羅斯等新市場、2.8mm 在線鍍膜產品成功出口日本。新能源汽車方面，浮法 玻璃板塊完成了 2mm 鍍膜的試生產。 耀皮玻璃引進國際玻璃巨頭 Pilkington 的超白浮法玻璃生產技術，玻璃性能在市場上處于領先水平，并且公司具備在線 FTO 玻璃的生產能力，目前主要應用于電 子行業的平板顯示器、觸摸屏等，后續有望應用于鈣鈦礦電池。2022 年 12 月，耀皮 玻璃投資 3.05 億收購 AGC 株式會社的全資子公司艾杰旭特種玻璃（大連）有限公司 100%股權，其擁有一條在線鍍膜浮法玻璃生產線，太陽能玻璃、汽車玻璃、家電和電 子玻璃及建筑玻璃，浮法玻璃厚度生產范圍在 1.0~25mm。 在汽車超薄在線鍍膜 Low-E 玻璃和聚光太陽能熱發電玻璃擁有絕對領先的技術 及占據絕對優勢的市場份額。艾杰旭最早在 2016 年就成功生產出應用于碲化鉻薄膜 發電的 TCO 玻璃。收購艾杰旭生產線可彌補公司浮法玻璃產品短板，同時拓展公司 在 Low-E、TCO 玻璃領域的業務，為將來在鈣鈦礦領域應用做好鋪墊。

4.3 寶馨科技：疊層電池研發支撐長期增長

寶馨科技成立于2001年，2010年在深交所中小板上市。公司歷經兩次戰略轉型， 在 2021 年變更實控人和管理團隊，并制定了“新能源+智能制造”雙輪驅動的發展方 針。公司現有精密數控鈑金業務（智能制造）屬于傳統金屬加工行業，該行業已進入 長期穩定發展的成熟時期。 新能源有望構成公司未來主要增長曲線，包含高效異質結和鈣鈦礦電池、充換 電、火電調峰等三大方向。

1）異質結產能穩步推進：2022 年公司在連云港市投建的 500MW 光伏組件產線已 投產。懷遠異質結電池組件一期產能 2GW 目前廠房搭建已基本完成，預計今年投產， 懷遠二期產能規劃為 6GW，目前 2GW 已在推進中，其余 4GW 處于籌備階段；鄂托克旗 異質結電池產能2GW，目前已經開始土地清場工作，并將配套2GW薄片化切片生產線。 根據公司規劃，到 2023/24 年底，公司異質結產能有望達 4/10GW。公司異質結技術 將采用硅片半片薄片化、去銦化、銀包銅、無主柵、雙面微晶等技術，預計量產效率 將超 25%，良率超 98%。同時，產線后端將預留銅電鍍制程工藝及鈣鈦礦/異質結疊層 太陽能電池技術升級改造空間。

2）鈣鈦礦：公司已與張春福、朱衛東、習鶴、周龍、陳大正教授團隊簽訂合作 協議，共同推動鈣鈦礦/異質結疊層太陽能電池的研發、產業化研究及商業解決方案 落地。公司鈣鈦礦團隊 2014 開始做鈣鈦礦電池研究，2019 年開始聚焦于鈣鈦礦疊層 電池，經過近 10 年的研發，目前實驗室效率已達 30.26%。公司計劃在 2023 年年中 完成實驗室建設，2024 年啟動 100MW 級的鈣鈦礦/異質結疊層太陽能電池產線建設， 實現實驗室效率大于 32%，加速老化等效外推達到 25 年的目標；計劃 2025 年完成 GW 級疊層量產設計并應用于 HJT 產線升級改造，實現量產 210 半片鈣鈦礦/異質結疊層 電池，電池效率在基底異質結的基礎上提升率大于 15%，首年衰減不超過 3%，以后每 年衰減不超過 0.5%，量產壽命大于 25 年的目標。

3）充換電：2022 年，公司充電樁設備、重卡換電設備、車載換電倉總成等產品 產線已全面投產，其中充電樁覆蓋 7kW-360kW 功率范圍，并已具備年產 2 萬臺套充 電樁，100 臺套重卡換電站設備及 2000 套重卡換電倉總成的生產能力。公司目前已與淮北、池州、重慶有合作，逐步實現公司“光、儲、充/換”的戰略布局，共同推 動區域內整體充換電補能網絡布局，有效保障公司充換電產品的消納，并提供運營服 務。

4）火電調峰：公司火電靈活性調峰業務主要針對北方熱電聯產機組在采暖季提 供電網調峰輔助服務，調峰業務一般集中在供暖季期間。公司火電靈活性調峰業務為 客戶提供調峰技術服務、云計算控制、自動控制軟件，同時提供節能管理、合同能源 管理、電力行業高效節能技術研發，工程和技術研究及實驗等服務。 2018-2022 年公司整體營收狀況相對穩定。2022 年公司營收為 6.84 億元，同比 增長 7.8%。受 2020 年大額資產減值影響，2020 年公司歸母凈利潤-3.89 億元，在 2021 年公司更換實控人和管理團隊后，2021 年公司歸母凈利潤修復至 0.12 億元， 并在 2022 年實現歸母凈利潤 0.30 億元，同比增加 146.1%。我們認為隨著公司異質 結電池組件于 2023 年投產，公司未來營收、歸母凈利潤有望實現增長。

盈利能力持續回升，費用率有望進一步下降。在更換實控人和管理團隊后，2022 年公司毛利率修復至 26.6%，相比 2020 年提升 12.6pct，同時公司銷售、管理、研發 費用率也分別大幅下降至 2022 年的 2.9%、12.8%、4.4%。隨著異質結電池組件產能 釋放，和規模效應的體現，我們預計未來公司各項費用率有望進一步下行。