Part 01 晶硅电池效率逼近理论值背景下，钙钛矿电池潜力巨大

据CPIA统计，2022年P型PERC电池量产平均效率为23.2%，实验室电池效率世界记录为24.06%，接近24.5%的理论天花板。2022年N型电池量产平均效率均已超24.5%，其中TOPCon单晶电池平均转换效率为24.5%，HJT单晶电池平均转换效率为24.6%，IBC单晶电池平均转换效率为24.5%。晶硅电池方面，隆基绿能在2022年11月创下26.81%的记录，已逐步逼近其理论极限29.4%。

虽然晶硅电池发展距其理论极限尚有一段距离，但喜欢未雨绸缪的人类并未停止探索的脚步，钙钛矿电池也随之进入人们的视野。

钙钛矿电池是利用钙钛矿结构材料作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代高效薄膜电池。目前用作薄膜太阳能电池材料的钙钛矿主要指的是有机无机杂化钙钛矿，它是一类具有正八面体结构ABX3的化合物。典型体系有甲胺铅碘 MAPbI3、甲脒铅碘FAPbI3等。

近年来钙钛矿电池转换效率提升迅速。2009年首个钙钛矿电池被发明，但转换效率仅为3.8%。现今经过各国实验室14年研发后，其效率被提升至26%。相比晶硅电池60年间转换效率从5%左右提升至26.81%，钙钛矿电池具备较大的发展潜力，如单结、双叠层、三叠层、四叠层理论最高转换效率分别达32.5%、44.3%、50.1%、54.0%。

Part 02 钙钛矿电池制作工艺

钙钛矿电池主要制备流程分为前道工序和后道工序。前道工序包括：（1）带有正电极的玻璃清洗后，进行第一道真空镀膜、使用激光划出第一道槽；（2）涂布钙钛矿材料，结晶。结晶后再使用激光刻出第二道槽，实现串联；（3）真空中镀上背电极后，使用激光进行第三道划线，第四道激光清边，前道工序就此完成。

前道工序中，主要是镀膜、涂布结晶、激光三个工艺。其中磁控溅射（PVD）具成膜面积大、膜质均匀、成膜效率高、降低离子轰击对钙钛矿材料伤害等优势，有望成为钙钛矿镀膜主要方式。涂布影响着钙钛矿层的制备，其需要在无尘室完成。由于狭缝涂布具备多重优势，如大面积制备，工艺窗口宽、良率高，缺陷少，膜层质量高，能在绒面衬底上成膜，可制备叠层电池等，目前狭缝涂布法已成为行业量产化和商业化主流方向。结晶是钙钛矿制备的最核心步骤，结晶效果会直接影响光吸收范围并最终影响电池效率和组件寿命。整个过程中激光主要起标记、划线、清边的作用。对于不同的膜层，激光波长也会有相应的调整。由于钙钛矿只有百纳米级的厚度，因此对于激光设备光源的稳定性，装配的精度，机台的稳定性都提出了新的要求。

前道工序核心设备有真空磁控溅射镀膜（PVD）设备、涂布设备、激光设备。

钙钛矿电池前道工序

后道工序主要包括裁切、丁基胶封边、层压、清边、紫外固化等工序，核心设备有丁基胶涂敷机，POE胶膜裁切覆膜机、缓存固化机等。

钙钛矿电池后道工序

钙钛矿电池工艺整体流程相对较短，意味着后续工艺进步、良率提升潜力较大。其中电池环节中镀膜、涂布结晶、激光划线是三大核心工艺环节。镀膜的难点在于钙钛矿层上层镀膜环节要减少高温、高能粒子对于钙钛矿层的损伤；结晶环节若采取不同路线，需要保证热场均匀稳定或风场流速稳定，难点在于大面积均匀结晶；激光划线环节则对精度有更高的要求，未来有望通过新图形化版型降低电阻从而提升转换效率；组件环节工艺相对成熟，部分技术可沿用晶硅电池。

Part 03 钙钛矿电池的优势

钙钛矿电池的综合优势主要体现在：

1.成本低：

（1）原材料成本低、耗量少且易得，钙钛矿电池总厚度约1um，主流晶硅电池硅片厚度在120-150μm；（2）工艺简单、运营成本低。产业链条、工序流程较晶硅电池大大缩短，传统晶硅电池需要经历硅料、硅片、电池和组件四大流程。而目前协鑫光电已能将整个100MW钙钛矿组件产线高度浓缩在单个工厂内，从玻璃、胶膜、靶材、化工原料进入到组件成型的全过程控制在45分钟之内；（3）耗能大大较低的同时设备投资额也小，钙钛矿电池仅涉及电池片、组件设备。

2.效率高：

（1）钙钛矿是可设计性强的人工合成材料，根据配方不同可调整带隙，对光谱吸收的范围更广；（2）弱光性能好、温度性能好（晶硅组件的温度系数是-0.3%/℃左右，即每上升1℃组件功率会下降0.3%。而钙钛矿组件的温度系数为-0.001%/℃，接近于0）、无PID和LID效应；（3）对杂质、缺陷容忍度能力更强，更易实现高效率以及大规模制备推广。

3.应用场景广：

（1）钙钛矿电池外观形态可调，更柔性化。柔性钙钛矿可直接贴附在原有建筑结构表面，安装成本低，同时其外观优势使其在BIPV领域极具竞争优势；（2）在移动能源端，钙钛矿电池有望应用于可穿戴设备、露天作业设备、新能源车顶棚等场景；（3）此外也可应用于弱光室内应用场景。

Part 04 钙钛矿电池未来发展趋势

1.更具稳定性。钙钛矿电池作为当下发展最快的光伏技术，在效率及成本端均较晶硅类电池有优势，但主要缺点是寿命短（稳定性低），稳定性正是制约钙钛矿电池产业化的重要因素。钙钛矿稳定性主要受钙钛矿材料稳定性、功能层电极的稳定性和环境因素影响：（1）钙钛矿材料在高水氧、高温及长光照下易发生分解、相变等反应造成组件效率降低甚至失效；（2）功能层电极一方面易受水气、光照影响分解，另一方面会与吸光层反应致其分解从而使组件衰退。未来科学界将通过材料、工艺和结构等方面优化使得钙钛矿电池更具稳定性。

影响钙钛矿电池稳定性因素及解决方案

2.大面积制备。目前钙钛矿电池大面积模块的效率仍远低于小面积，高质量、均匀、一致的大面积薄膜制备方法有待突破。电池面积扩大一般会降低电池效率，而钙钛矿的结晶特性使得大面积电池制备造成的效率损失更大。小面积电池与大面积模块之间存在显著的效率差距的原因主要有：

(1)溶液处理法下制膜导致钙钛矿薄膜性能变差；

(2)尺寸增大时，钙钛矿层的缺陷也增加，对光诱导载流子的提取和传输产生负面影响，同时非光活性面积增大导致电流密度减小；

(3)在串并联结构的设计和组件工艺影响下，透明电极的电阻随面积增大而近似线性增加，使电池的串联电阻增加，性能下降。

目前已有三条钙钛矿百兆瓦中试线，分别是协鑫光电100MW、纤钠光电100MW、极电光能150MW，未来钙钛矿电池产业化则需克服进行大面积制备的困难。

Part 05 钙钛矿电池链上重点企业