3月17日,科技部高技术研究发展中心(基础研究管理中心)发布2022年度中国科学十大进展。其中,实现高效率的全钙钛矿叠层太阳能电池和组件和全新原理实现海水直接电解制氢等10项重大科学进展,从30项候选进展中脱颖而出。
|钙钛矿电池高效率低成本,是光伏领域新希望
光伏电池种类较多,很容易让人不清楚。按照发展历程来分,主要分为三代:第一代晶硅电池、第二代薄膜电池、第三代新型电池。
第一类:硅基太阳能电池,包含单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太 阳能电池。第一代太阳能电池制备成本较高,光电转换效率(PCE)一般,电池器件 稳定很好,使用寿命一般在 20年左右,目前已经投入市场应用。在晶硅技术路径 里,经历了 Perc-TOPcon-HJT 的三个阶段。
第二类:多元化合物薄膜太阳能电池,包括砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)、铜铟 镓硒(CIGS)太阳能电池等,这类薄膜太阳能电池的转换效率(PCE)较高,器件稳 定性较好,电池器件制备工艺简单,但电池使用的部分材料元素严重污染环境并且 地球储备量很少,阻碍了这代太阳能电池商业化和工业量产。
第三类:新型太阳能电池,包括钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机太 阳能电池、量子点太阳能电池等。这类太阳能电池制备工艺简单、原材料地球储备 量大、光电转化效率较高。
钙钛矿和晶硅叠层实现1+1>2效果,转换效率更高、发展速度最快。钙钛矿太阳能电 池可作为顶电池与硅电池形成叠层太阳能电池,即钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池。钙钛矿-硅叠层电池可分为两端叠、三端叠和四端叠。目前单结电池实验室效率记录已达到了25.7%,两端叠电池实验室效率超过31%;而两端叠电池的理论效率可达45%,远高于 单结电池的 S-Q 极限效率33%。
从成本角度,与晶硅电池相比,钙钛矿太阳能电池成熟期投资成本、生产成本均有优势。中邮证券预计5-10GW级别的量产生产线的组件成本约为0.5-0.6元/W,远低于晶硅极限生产成本1元/W。
机构认为,钙钛矿电池下游应有领域广阔,可用于制作BIPV幕墙和屋顶,还可用于制作车顶光伏。中泰证券表示,仅考虑钙钛矿电池在BIPV领域的应用,2025年钙钛矿电池设备市场空间可达132亿元。
|多家公司布局,发布产业投资计划
从企业布局来看,目前钙钛矿层制备以涂布法为主。采用涂布法的公司有协鑫光电、大正微纳、纤纳光电、仁烁光能等,主要供应商包括上海德沪、日本东丽等。根据上海德沪2022年11月27日消息,目前国内已建和在建的500MW试量产线核心涂膜设备供货中,德沪狭缝涂布设备供货达350MW,市占率70%;日本东丽供货150MW,市占率30%。
随着钙钛矿电池的潜力获看好,多家上市公司发布钙钛矿电池产业投资计划。钙钛矿太阳能电池产业化进程进一步提速。其中,宝馨科技公司与相关方合作设立合资公司,开展钙钛矿-异质结叠层电池技术的研发、产业化技术研究以及商业化解决方案推广,并将相应技术应用于公司异质结电池项目。
皇氏集团公告,控股子公司皇氏农光互补(广西)科技有限公司与深圳黑晶光电技术有限公司签署协议,双方将建立建立合作机制,共同推进TOPCon/钙钛矿叠层电池产品技术的研发、生产及产品应用。京山轻机表示,公司已有钙钛矿设备出货给头部厂家,看好钙钛矿电池前景。大族激光表示,已有设备能运用到钙钛矿电池技术中,但占比不大。奥联电子称,已在研发钙钛矿电池,目前还未量产。
国内已有三条百兆瓦级别的钙钛矿光伏组件产线建成(协鑫光电、纤纳光电、极电光能)。机构认为,在技术与资本的双重推进下,多条GW级别生产线有望于2023年招标,2-3年内落地。
|如何把握2023年钙钛矿电池投资方向?
从投资方向来看,建议重点关注钙钛矿相比晶硅带来的增量市场和流程变化:吸光材料由晶硅变为钙钛矿,会省去晶硅产业链上游硅料、硅片、以及中游电池到组件的串焊环节,投资机会集中于保留下来的电池制备、组件封装两大环节。这两大环节当前相关生产制造公司以非上市公司为主,而相关生产设备和制造辅材则有上市公司活跃其中。
从投资角度来看,当前沿重要性+确定性两条主线寻找机会,未来关注钝化层、传输层需求变化。
重要性角度,钙钛矿核心层制备的质量(如厚度、一致性等)对最终组件的生产效率和转换效率起到决定性影响。目前钙钛矿层主流使用狭缝涂布的方式,优点是成本低、设备兼容度高、原料利用率高,但大面积均匀性不易控制、对基底平整度要求高。真空镀膜是在大面积均匀性、基底平整度要求等方面有优势的竞争技术路线,但目前面临料利用率较低、成本高、生产速度慢、设备兼容度低等待解决的问题。由于产业仍在0到1阶段,从投资人角度来看设备选型尚未定型,围绕解决钙钛矿层制备痛点的狭缝涂布、真空镀膜设备均可能有表现机会。
对于钙钛矿产业链辅材环节的投资机会,核心也是把握钙钛矿较晶硅的变化之处,我们认为核心在于两大方面:1)导电方式;2)阻水要求,这两个方向的变化有望带来增量的辅材需求。