政策相繼落地我國鈣鈦礦電池行業降本增效優勢明顯 BIPV打開增量市場

2024-08-09 09:26

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1、鈣鈦礦電池概述

根據觀研報告網發布的《中國鈣鈦礦電池行業發展趨勢分析與未來投資預測報告（2024-2031年）》顯示，鈣鈦礦電池是指鈣鈦礦型太陽能電池，鈣鈦礦太陽能電池是利用鈣鈦礦結構材料作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代薄膜電池的代表，包括純鈣鈦礦電池和鈣鈦礦疊層電池兩種類型。相比于晶硅電池，鈣鈦礦電池具有極限轉換效率高、生產成本低、制備工藝簡單、高柔性等優勢，可以應用于光伏發電、LED等領域。

鈣鈦礦電池本質為薄膜電池，主體通過鍍膜工藝層層制備，幾乎包括TCO層、電子傳輸層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層、背電極在內的所有功能層，但具體制備路線未完全確定。

鈣鈦礦電池各功能層主要工藝對比（以反式為例）

鈣鈦礦功能層	制備要求	可選設備	工藝流程	工藝特點	單位價格（百兆瓦：萬元/臺）
空穴傳輸層	均一性、重現性高	狹縫涂布	將前驅體溶液放在儲液泵中，由控制系統按照設置的程序將其均勻地從狹縫涂布頭中連續擠出，沉積在基底上以形成連續、均勻鈣鈦礦液膜	設備投資低，印刷速度快；對涂布頭要求高；均一性、重現性較低	1000
空穴傳輸層	均一性、重現性高	磁控濺射	/	設備投資高；均一性更高、缺陷態更少	2000
鈣鈦礦層	均一性、重現性高	狹縫涂布	/	設備投資低；良品率有待提高	1000
鈣鈦礦層	均一性、重現性高	真空蒸鍍	真空條件下，將鍍料加熱蒸發或升華，材料的原子或分子直接在襯底上成膜	各組分化學計量比可控，均勻性較好；設備投資高；抽真空時間較久	1500
電子傳輸層	不對柔性鈣鈦礦層造成損傷	狹縫涂布	/	設備投資低；良品率有待提高	1000
		真空蒸鍍	/	薄膜致密、均勻、無孔洞，可大面積制備；對鈣鈦礦層無損害；設備投資高；鹵化物的蒸鍍會對蒸發設備有腐蝕作用	1500
		RPD	使用低能量高密度電子束升華靶材，產生高解離率的離子鍍著在襯底的表面	不損傷襯底表面；設備投資高；良率和轉換效率高	2600
		ALD	在真空條件下，將氣相前驅體脈沖交替地通入反應室并以單原子形式沉積	不損傷襯底表面；制備薄膜最為致密；設備投資高；速度緩慢	2000
金屬電極層	電導率高	磁控濺射	/	技術成熟，沉積速度快；厚度均勻性較差；成本比RPD低	2000
金屬電極層	電導率高	RPD	/	離子能量低，對電池損傷??；靶材利用率低，成本較高；量產難度較大	2600

數據來源：觀研天下整理

2、鈣鈦礦電池行業支持政策持續落地

鈣鈦礦電池是具有高轉換效率的清潔能源，符合我國碳達峰、碳中和的綠色發展要求。自2016年國務院發布的《“十三五”國家科技創新》中涉及鈣鈦礦太陽能電池相關政策后，國家層面其他能源、科技類部門相繼出臺相關政策，推動鈣鈦礦電池產業化發展。例如，2023年3月，中國光伏行業協會標準化技術委員會鈣鈦礦光伏標準專題組成立，加快了鈣鈦礦電池標準體系梳理和完善。

我國鈣鈦礦電池行業政策

時間	發表部門	發表文件	內容摘要
2022.06	國家發改委、國家能源局等多部門	《“十四五”可再生能源發展規劃》	開展光伏發電戶外實證示范，掌握鈣鈦礦等新一代高效低成本光伏電池制備及產業化生產技術，突破適用于可再生能源靈活制氫的電解水制氫設備關鍵技術，研發儲備鈉離子電池、液態金屬電池、固態鋰離子電池、金屬空氣電池、鋰硫電池等高能量密度儲能技術。
2022.08	工信部、財政部、商務部等	《加快電力裝備綠色低碳創新發展行動計劃》	太陽能裝備：推動TOPCon、HJT、IBC等晶體硅太陽能電池技術和鈣鈦礦、疊層電池組件技術產業化，開展新型高效低成本光伏電池技術研究和應用，開展智能光伏試點示范和行業應用。
2022.10	國家發改委、國家能源局	《關于促進光伏產業鏈健康發展有關事項的通知》	落實相關規劃部署，突破高效晶體硅電池、高效鈣鈦礦電池等低成本產業化技術，推動光伏發電降本增效，促進高質量發展。推動高效環保型及耐候性光伏功能材料技術研發應用，提高光伏組件壽命。
2023.01	工信部等	《關于推動能源電子產業發展的指導意見》	加快智能光伏創新突破，發展高純硅料、大尺寸硅片技術，支持高效低成本晶硅電池生產，推動N型高效電池、柔性薄膜電池、鈣鈦礦及疊層電池等先進技術的研發應用，提升規?；慨a能力。統籌開發鈣鈦礦電池（含鈣鈦礦/晶硅疊層電池）、非晶硅/微晶硅/多晶硅薄膜電池、化合物薄膜電池等高效薄膜電池技術。
2023.03	中國光伏行業協會標準化技術委員會	中國光伏行業協會標準化技術委員會鈣鈦礦光伏標準專題組成立	中國光伏行業協會副秘書長江華在致辭中強調了從標準層面來引導和促進鈣鈦礦技術和產業發展的重要意義。他希望工作組成立后，能加快鈣鈦礦電池標準體系梳理和完善，并在此基礎上快速有序、科學合理地開展相關標準制修訂工作，為我國鈣鈦礦電池產業發展提供堅實的標準支撐。
2023.09	國家能源局	《關于組織開展可再生能源發展試點示范的通知》	新型高效光伏電池技術示范。主要支持高效光伏電池、鈣鈦礦及疊層太陽能電池、新型柔性太陽能電池及組件等新型、先進、高效光伏電池技術應用，以規?；龠M前沿技術和裝備進入應用市場，持續推進光伏發電技術進步、產業升級。單個示范項目裝機規模不宜小于5萬千瓦。

資料來源：觀研天下整理

3、我國鈣鈦礦電池行業降本增效優勢明顯

我國鈣鈦礦電池工藝優勢較大（鈣鈦礦工藝流程簡單、能耗低），成本優勢明顯（設備投資降本空間大、原料成本低），行業降本增效優勢明顯。

我國鈣鈦礦電池行業工藝、成本優勢簡介

優勢	簡介
工藝優勢	鈣鈦礦工藝流程簡單：目前的晶硅組件工藝流程復雜，需要在硅料、硅片、電池、組件四個以上不同工廠生產，需要消耗大概3天時間，而鈣鈦礦組件在一個工廠就可完成生產，整個工藝流程只需要大約45分鐘
工藝優勢	能耗低：相較于晶硅生產過程中近千攝氏度的高溫要求，鈣鈦礦由于原料純度要求及較低（98%以上），最高生產溫度僅需150°C，因此生產能耗遠低于晶硅
成本優勢	設備投資降本空間大：晶硅太陽能組件的硅料、硅片、電池、組件四個生產環節全部加起來，需要大約9億-12億元的投資規模，目前鈣鈦礦百MW產線投資額在1.3億左右，簡單加總1GW投資額約為13億元，與晶硅電池GW產線投資額相當。根據業內預測，隨著未來規?；瘍瀯莶粩嗤癸@，鈣鈦礦電池GW級產線投資額有望降至5億元，為晶硅組件設備投資額的1/2
成本優勢	原料成本低：鈣鈦礦原料常見、不含貴金屬且用量少，以50萬噸硅料產量計算，僅需1000噸鈣鈦礦材料產量即可滿足替換需求

資料來源：觀研天下整理

4、大面積電池的穩定性和效率仍需進一步突破

不過，我國鈣鈦礦電池商業化主要面臨三方面挑戰：穩定性、大尺寸效率和規?；a。

穩定性不足：影響鈣鈦礦電池穩定性的因素主要可分為兩類：外部因素和內部因素。其中，外部因素是指鈣鈦礦組件暴露在環境中時，水分、氧氣、溫度等因素都會損傷組件縮減使用壽命，例如水分和氧氣可擴散到鈣鈦礦層材料使其氧化分解；內部因素則是指即使組件得到很好保護，也有可能由于鈣鈦礦材料自身離子的遷移和分解而使組件性能下降。

大尺寸效率下降：隨著尺寸增大，鈣鈦礦電池光電轉化效率下降較大。目前，實驗室制造的小尺寸（≤1CM2）鈣鈦礦電池光電轉化效率已經達到26%左右，但大面積尺寸電池的光電轉化效率低于20%。

規?；a有難度：協鑫和極電有GW級產線建設，預計最早2024年下半年有GW級產線落地。

我國鈣鈦礦產業化進展

公司名稱	時間	產業化進展
協鑫光電	2015	惟華光能建成鈣鈦礦光伏組件中試線
	2016	協鑫集團收購惟華光能，并成立蘇州協鑫納米科技有限公司
	2017	建成10MW中試線
	2020	成立昆山協鑫光電有限公司。有協鑫納米控股，開始籌建100MW生產線
	2021	完成100MW生產線建設并開始試生產
	2023	GW級鈣鈦礦產線奠基
	2024E-2025E	GW級產線建成
纖納光電	2015	公司成立
	2018	開始建設20MW中試線
	2020	20MW中試線建成
	2021	100MW中試線建成
	2022	100MW產線實現量產
	2023	全球首個鈣鈦礦分布式電站并網
極電光能	2018	開始從事鈣鈦礦技術研發
	2021	開始建設150MW中試線
	2022	150MW中試線投產，756cm2組件效率達到18.2%
	2023	810.1cm2大尺寸鈣鈦礦組件穩態效率達到19.5%
	2024E	預計GW級產線投產
仁爍光能	2021	公司成立
	2022	10MW全鈣鈦礦疊層研發線建成
	2023	10MW全球首條鈣鈦礦疊層光伏組件研發線正式投產，預計150MW產線投產
	2024E	預計150MW產線實現量產
萬度光能	2016	公司成立
	2022	200MW可印刷觀鈣鈦礦光伏組件產線開始建設
	2023	第二條200MW產線開始建設
無限光能	2022	公司成立，年底建成10MW中試線
	2023	預計年底建成100MW中試線
	2024E	中試線實現量產
光晶能源	2022	公司成立
	2023	完成1.6億A輪融資，計劃開始100MW中試線建設
	2024E	實現產能爬坡，開展試點示范
	2025E	中試線實現量產

資料來源：觀研天下整理

5、光伏電池已歷經三次迭代，鈣鈦礦電池為第三代的代表

目前，光伏電池已歷經三次迭代，鈣鈦礦電池為第三代的代表。第三代太陽能電池致力于通過采用新型材料以實現更高效率、更低成本的目標，主要指包含染料敏化電池（DSSCs）、有機光伏（OPV）、量子點太陽能電池（QDSCs）和鈣鈦礦電池（PSCs）等新型太陽能電池。與晶硅電池相比，鈣鈦礦電池產業鏈較短并具有“一體化”的特點，這大大縮短了產品生產交付周期，同時降低了綜合成本。近年來，鈣鈦礦電池行業發展迅猛，市場關注度日益提升，并且有望成為太陽能電池的終極技術。根據數據顯示，2023年，我國光伏新增裝機容量達到216.88GW，同比增長148%，創下歷史新高。

數據來源：觀研天下整理

光伏電池技術迭代

<strong>光伏電池技術迭代</strong>

資料來源：觀研天下整理

6、光伏建筑一體化（BIPV）打開鈣鈦礦電池增量市場

同時，光伏建筑一體化即將太陽能發電方陣安裝在建筑的圍護結構外表面從而提供電力，實現光伏發電和建筑的有機結合，具有安全性、安裝便捷性、美觀度優勢。目前，我國已出臺相關政策推動BIPV市場發展，2022年6月30日發改委和住建部發布《城鄉建設領域碳達峰實施方案》，到2025年新建公共機構建筑、新建廠房屋頂光伏覆蓋率要力爭達到50%。根據中國建筑科學研究院測算，截至2020年我國存量建筑面積可安裝光伏電池400GW，每年竣工建筑面積可安裝光伏電池40GW?；趯IPV滲透率的假設，經測算，我們預計2025年我國BIPV新增裝機量有望超過50GW。

而鈣鈦礦電池性能優異，或是BIPV的最優選擇。與常規光伏電池相比，鈣鈦礦電池具備成本低廉、發光效率高等優點，其獨特的半透明性、柔軟性及可改變顏色適用于BIPV領域，不僅能滿足光伏發電需求，也可滿足建筑美學要求。

需要值得注意的是，目前鈣鈦礦行業雖中試線眾多，但多側重研發，真實產能不足，無法承接即將爆發的BIPV需求。

我國鈣鈦礦產業化進展

公司	產能	擴產計劃
協鑫光電	擁有100MW中試線，當前處于工藝開發和效率爬坡階段，2024年3月，2平米組件效率突破19%。	鈣鈦礦GW級生產基地順利奠基,有望在2024-2025年建成投產
極電光能	擁有150MW鈣鈦礦光伏組件生產線。2023年12月，0.72平米組件效率突破18%。	GW級產線2023年4月正式開工建設。2024年4月首套設備將進場，2024年3季度將實現首片下線，2024年年底將投入生產
纖納光電	擁有100MW中試線，2023年11月公司11200片α組件并網內蒙古鄂爾多斯地面電站	計劃在3-5年內投產約5GW的鈣鈦礦電池產能，其中一期1GW可能在2024年下半年建成。
寧德時代	擁有100MW中試線，處于效率爬坡階段	技術突破后有望快速擴產
仁爍光能	擁有150MW鈣鈦礦光伏組件生產線。	計劃在未來五年內建設數條GW級別的鈣鈦礦電池組件生產線。
光晶能源	擁有30cm×30cm組件的10MW小試線	計劃2023年下半年開始建設100MW的中試線，預計2024年完成中試線的爬坡和試點示范項目，2025年實現量產。
脈絡能源	擁有30cm×30cm組件的10MW小試線	計劃2024年7月開工建設100MW大面積鈣鈦礦光伏組件產線