最具潛力的光電材料,鈣鈦礦:下一代光伏新勢力,漸成崛起之勢

(報告出品方/分析師:浙商證券 邱世梁 王華君 李思揚)

1.鈣鈦礦:最具潛力的光電材料之一,性能優異應用廣泛

鈣鈦礦是一種分子通式為ABX3的晶體材料,呈八面體形狀,結構特性優異。鈣鈦礦晶體的製備工藝簡單,光電轉換效率高,在光伏、LED等領域應用廣泛。

1.1.結構特性優異的光電材料,光伏、LED等領域潛力大

鈣鈦礦是一種具有很強光-電轉換效率的材料結構,應用廣泛關注度高。鈣鈦礦(分子通式為ABX3的一類晶體材料),最早是1839年德國科學家GustavRose發現了元素組成為CaTiO3礦物,後來人們將具有這種晶體結構的物質統稱為鈣鈦礦。在鈣鈦礦八面體結構中,A是較大的陽離子,B是較小的陽離子,X是陰離子,每個A離子被B和X離子一起構成的八面體所包圍。

鈣鈦礦材料由於其光吸收係數高、載流子遷移率大、合成方法簡單等優點,被認為是下一代最具前景的光電材料之一。

光伏領域是鈣鈦礦結構材料的主要應用領域之一。鈣鈦礦結構可設計性強,具有非常好的光伏性能,是光伏近年來的熱門研究方向。在鈣鈦礦的ABX3結構中,A是陽離子,如有機陽離子甲胺 CH3NH3+(MA+)、甲脒NH2CH=NH2+(FA+)、金屬陽離子銫Cs+、銣Rb+等;B一般是二價金屬陽離子,如鉛離子Pb2+、錫離子Sn2+;X一般是鹵素陰離子,常為氯離子Cl-、溴離子Br-、碘離子I-等。

LED領域是鈣鈦礦結構材料的另一重要應用領域,是下一代照明或顯示器LED的重要發展路徑。以鹵素鈣鈦礦材料作為有源區的鈣鈦礦發光二極管(PeLEDs)近年來發展迅速。在典型的PeLEDs「三明治」結構中,鈣鈦礦層位於n型電子傳輸層(ETL)與p型空穴傳輸層(HTL)之間。首支室溫PeLEDs於2014年問世,憑藉發光光譜窄、色域廣、製備成本低、效率高等優點被作為下一代顯示和照明潛在應用技術之一,但由於高品質鈣鈦礦薄膜重複製備難度大、光輸出耦合效率低、鉛污染等問題仍待解決,目前距離商業化應用尚有一定的距離。

除了光伏、LED領域之外,鈣鈦礦還在金屬-空氣電池、固體氧化物燃料電池、催化劑、磁製冷材料、自旋電子學器件、氧分離膜、氣敏材料、多功能導電陶瓷材料等方面具有廣泛的應用,是極具發展潛力的新興材料。

1.2.鈣鈦礦太陽能電池是第三代高效薄膜電池的代表

當前太陽能電池發展包括三代:

第一代:以單晶硅多晶硅為代表的硅晶太陽能電池,目前該技術已經發展成熟且應用最為廣泛,但存在單晶硅太陽能電池對原料要求過高,以及多晶硅太陽能電池生產工藝過於複雜等問題。

第二代:薄膜太陽能電池,以CdTe、GaAs及CIGS為代表的的太陽能電池成為研究熱點,該技術與晶硅電池相比,所需材料較少且容易大面積生產,成本方面優勢較明顯。

第三代:基於高效、綠色環保和先進納米技術的新型薄膜太陽能電池,如染料敏化太陽能電池(DSSCs)、鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)和量子點太陽能電池(QDSCs)等。

鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)是利用鈣鈦礦結構材料作為吸光材料的太陽能電池,屬於第三代太陽能電池。PSCs按照結構可分為介孔型和平面型。在介孔結構的鈣鈦礦電池中,鈣鈦礦材料作為光敏化劑覆蓋在多孔TiO2上,採用正置異質結結構;在平面結構的鈣鈦礦電池中,鈣鈦礦既是光吸收層,又是電子和空穴傳輸層,較介孔型結構不需要多孔金屬氧化物股價,從而簡化製備工藝。平面型鈣鈦礦太陽能電池分為正置和倒置。

鈣鈦礦太陽能電池各層作用:

玻璃:太陽光透過玻璃照射進來;

透明前電極(TCO):FTO或ITO導電層,鍍在玻璃上作為電池的光陽極;

電子傳輸層(ETL):通常為TiO2或SnO2,覆蓋在TCO表面,起到了將電子從鈣鈦礦傳輸到光陽極以及阻止空穴從鈣鈦礦傳輸到光陽極的作用;

介孔層:存在於介孔結構中,是鈣鈦礦的支架;

鈣鈦礦層:是光吸收層,吸收光併產生電子空穴對;

空穴傳輸層(HTL):將空穴從鈣鈦礦傳輸到金屬對電極中,並同時阻止電子傳輸到金屬對電極中。

金屬對電極:作為電池的光陰極。

鈣鈦礦太陽能電池的工作原理:在光照條件下,鈣鈦礦化合物能夠吸收光子,在吸收光子後其價帶電子會躍遷至導帶,導帶電子隨後被注入到TiO2的導帶,然後被傳輸到FTO,與此同時空穴傳輸至有機空穴傳輸層(HTL),從而電子-空穴對分離,在接通外電路時,電子與空穴的移動產生電流。有機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池禁帶寬度約為1.5eV,消光係數高,幾百納米厚的薄膜即可充分吸收800nm以下的太陽光。(報告來源:遠瞻智庫)

2.核心亮點:高效率、低成本優勢,穩定、環保、大面積製備問題正突破

鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)是第三代高效薄膜電池的代表,憑藉良好的吸光性、電荷傳輸速率、巨大的開發潛力,實現了高效率、高柔性、低成本,被譽為「光伏領域的新希望」。鈣鈦礦太陽能電池還可通過與HJT疊層進一步提升光電轉換效率,是未來產業化的重點發展方向。

鈣鈦礦太陽能電池產業化進程中最主要的問題在於解決穩定性問題、大面積製備問題和環保性問題。

2.1.效率:理論極值高於晶硅,可制疊層電池、產業化意義重大

PSCs光電轉換效率提升速度明顯高於晶硅類。鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)用了10年左右的時間將轉換效率從最初的3.8%,提高至25.7%(截至2021年12月26日),而這一進程晶硅類太陽能電池花費了四五十年。

單結PSCs當前最高轉換效率達25.7%,理論轉化效率可達31%。單結PSCs指只有一個PN結的鈣鈦礦太陽能電池,多結PSCs指有多個PN結的鈣鈦礦太陽能電池,多結的PSCs光譜吸收效果更好、效率更高,但成本也更高。

理論上單結PSCs最高光電轉換效率可達31%,多結PSCs最高光電轉換效率可達47%,顯著高於晶體硅太陽能電池的29.4%。

鈣鈦礦帶隙寬度可調,可製備高效疊層電池。鈣鈦礦可製備2結、3結及以上的疊層電池,其中2結疊層電池有鈣鈦礦-鈣鈦礦和鈣鈦礦-晶硅疊層電池兩種,轉換效率可提高到40%左右,3結及以上鈣鈦礦疊層電池的理論轉換效率更是能達到50%左右。

HJT、TOPCon是太陽能電池產業化發展到第三階段的代表,而鈣鈦礦-異質結、鈣鈦礦-TOPCon疊層電池是第四階段的支柱。雖然當前市場的主流技術路徑仍是PERC,未來2-3年PERC可能仍為市場主流,但其產線擴張已進入尾聲。隨着異質結(HJT)、TOPCon設備的成熟,太陽能電池將逐步進入第三階段和第四階段。

鈣鈦礦與硅異質結具有良好的疊層電池匹配度,可形成較單結PSCs效率更高的疊層電池。根據禁帶寬度從小到大、光譜波段由長到短,可依次將不同材料從底向頂羅列起來,形成疊層電池。

硅異質結電池具有1.1eV的窄帶隙,非常適合作為底電池,與之相匹配的頂電池帶隙在1.6-1.9eV之間。鈣鈦礦通過調整元素成分,可以獲得一個從1.5-2.2eV可調控的禁帶寬度,當調節至合適帶隙,與硅異質結底電池可形成高效率的兩端疊層電池。

鈣鈦礦-硅異質結疊層電池具備高效率、低成本優勢,理論極限效率有望達43%以上。硅異質結電池在單晶硅電池高轉換效率的基礎上,有效降低了成本,是目前硅電池研究領域的主流方向。鈣鈦礦-硅異質結疊層電池能更加合理地利用全光譜範圍內的光子,減少能量損失,是突破單結電池效率極限的重要方法,根據ACS Publications,鈣鈦礦-硅異質結疊層太陽能電池的極限效率在44%-45%,在單結鈣鈦礦太陽能電池31%的基礎上有顯著提升。

當前鈣鈦礦-硅異質結疊層電池實驗室效率世界記錄已達29.2%。2021年11月,荷蘭應用科學研究組織(TNO)、EnergyVille和Eindhoven理工大學的研究人員通過結合17.8%效率的透明雙面鈣鈦礦光伏電池松下研製的效率為11.4%的高效背接觸硅異質結電池,實現了29.2%的轉換效率,創造了新的世界紀錄。

TOPCon與鈣鈦礦疊層是另一種鈣鈦礦/硅疊層電池路線。目前國際上基於隧穿氧化硅鈍化解除(TOPCon)底電池的鈣鈦礦/晶體硅疊層太陽電池的最高效率是28.2%,由中國科學院寧波材料技術與工程研究所硅基太陽能及寬禁帶半導體團體與浙江省能源集團聯合研發,該器件採用了與產業化相兼容的黑硅納米絨面和TOPCon結構的設計。

2.2.成本:組件成本有望較晶硅大幅降低,原材料易得能耗較低

PSCs產業鏈顯著縮短,原材料到組件僅需45分鐘。晶硅電池在四個不同工廠內分別加工硅料、硅片、電池、組件,此過程需要至少耗時3天。

協鑫納米披露,鈣鈦礦太陽能電池的生產流程簡單,可在45分鐘內將玻璃、膠膜、靶材、化工原料在單一工廠內加工成為組件,產業鏈顯著縮短,價值高度集中。

PSCs產能投資是晶硅的二分之一,1GW僅為5億元。協鑫光電總經理范斌指出,晶硅1GW的產能(硅料、硅片、電池、組件)投資在11.6億;而協鑫納米鈣鈦礦的第一條100MW設備產線投資在1億元,未來如規模量產後將進一步降低。

PSCs原材料純度要求低且十分易得,用量亦低於晶硅類。

鈣鈦礦太陽能電池的原材料均為基礎化工材料,不含稀有元素。晶硅類太陽能電池對硅料純度要求需達99.9999%,而鈣鈦礦材料對雜質不敏感,純度在90%左右的鈣鈦礦材料即可製成轉換效率在20%以上的太陽能電池,95%純度的鈣鈦礦即可滿足生產使用需求,原材料更加易得。

晶硅類太陽能電池的生產每年約需要50萬噸硅料,而若全部替換為鈣鈦礦太陽能電池,大約只需要1000噸鈣鈦礦原料,因此PSCs不存在原材料瓶頸。

PSCs可低溫溶液製備,單瓦能耗僅為晶硅的1/10。

鈣鈦礦太陽能電池只需通過簡單的旋塗、噴塗、刮塗等溶液工藝實現成膜,整個生產過程溫度不超過150℃,較晶硅材料製備所需的最高工藝溫度1700℃極大降低了生產能耗。製造1瓦單晶組件的能耗大約為1.52KWh,而每瓦鈣鈦礦組件的生產能耗僅為0.12KWh,單瓦能耗僅占晶硅的1/10。

PSCs組件單W成本約0.5元,僅為晶硅極限成本的50%。在鈣鈦礦單片組件成本結構中,鈣鈦礦佔比約5%,玻璃、靶材等佔2/3,理論總成本約為0.5-0.6元,僅為晶硅極限成本的50%。

2.3.穩定性、大面積製備、環保性待突破,是制約產業化的最重要因素

穩定性是制約鈣鈦礦太陽能電池產業化的重要因素。

鈣鈦礦太陽能電池作為歷史上發展最快的光伏技術,在效率及成本端均較晶硅類電池有優勢,但主要缺點是壽命短(穩定性低)。目前鈣鈦礦太陽能電池的T80壽命(效率下降到初始值的80%)約4000小時,距當前主流光伏技術的25年壽命相差甚遠。

從原因來看,鈣鈦礦太陽能電池不穩定的原因可以分為吸濕性、熱不穩定性、離子遷移等內在因素,和紫外線、光照等外在因素。

由於鈣鈦礦材料的可設計性,研發人員提出了各種應對方案解決穩定性問題。

針對熱穩定性和化學穩定性,發展了全無機鈣鈦礦材料;針對水和高濕度不穩定性,引進了長鏈有機分子,發展了二維鈣鈦礦材料等;常用的鋰鹽摻雜的Spiro空穴傳輸層的穩定性比鈣鈦礦層還要低,因此提出了採用高穩定的無機材料替代有機功能層材料的解決方案;為應對擴散和離子遷移,提出了發展表面阻擋層、封裝、「零維」鈣鈦礦材料等方案。

目前PSCs大面積模塊的效率仍遠低於小面積,是制約產業化的另一難題。

小面積電池與大面積模塊之間存在顯著的效率差距的原因主要有:

(1)溶液處理法下大面積薄膜的覆蓋率、均勻性、平整度控制難度更高;

(2)尺寸增大時,鈣鈦礦層的缺陷也增加,對光誘導載流子的提取和傳輸產生負面影響;

(3)透明電極的電阻隨面積增大而近似線性增加,使電池的串聯電阻增加,性能下降。

高質量均勻大面積薄膜的製備方法有待突破。

溶液旋塗法是實驗室製備PSCs的常用方法,雖然操作簡單、成膜速度快、重複性好,但無法滿足鈣鈦礦太陽能電池大規模工業化生產所需要的大面積、低成本等製造要求。目前常用製備大面積鈣鈦礦生產工藝主要有刮塗法、狹縫塗布法、噴塗印刷、氣相輔助沉積技術卷對卷法等。目前大面積鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率與旋塗法相比仍存在差距。

含鉛鈣鈦礦存在環境污染風險,也是產業化待解決的問題。

在典型的有機金屬鹵化物鈣鈦礦電池中含有鉛元素,而鉛元素一旦泄露會產生嚴重的環境污染問題,因此鉛元素在國際許多國家和地區都被列為禁止使用的材料,與此同時,含鉛鈣鈦礦電池的回收也是重要的研究課題。研究者們在努力向無鉛化鈣鈦礦探索,但相應會帶來電池轉換效率的降低。

較晶硅行業用鉛量來說,鈣鈦礦太陽能電池用鉛量實際更低。

雖然硅片不含鉛,但晶硅電池的焊帶是銅箔塗鉛的。每一個標準尺寸的晶硅組件中大概有18克左右的鉛,而同樣尺寸的鈣鈦礦組件含鉛量不超過2克,僅為晶硅的1/10。根據RoHS標準,晶硅組件中的鉛含量不能超過0.1%,而鈣鈦礦組件中的鉛含量不足0.01%,相對於晶硅電池更加環保。(報告來源:遠瞻智庫)

3.產業化:研發端國產領航突破不斷,產業端落地進度加速

鈣鈦礦太陽能電池的製備主要工藝為塗布及PVD,生產流程比晶硅類大幅簡化,目前處於設備工藝驗證階段。

產學研結合,我國鈣鈦礦領域蓬勃發展全球領先。

學術方面,我國鈣鈦礦太陽能電池研發團隊齊發力,產研結合探索最具競爭力和性價比的技術路線,專利申請數佔全球68%;產業端,本土鈣鈦礦設備廠商訂單先行,部分已成功交付,本土鈣鈦礦太陽能電池生產廠商效率不斷突破,融資進展順利,已紛紛布局中試線。

3.1.學術端:學術研究中國領先,產業進程動力十足

學術方面,鈣鈦礦太陽能電池專利申請量呈爆發增長,68%來自中國。截至2019年12月,中國的鈣鈦礦太陽能電池專利申請總量高達2282個,屬於第一集團,遠遠高於專利申請總量在200-300件之間的日本、韓國和美國。

中國專利申請熱情高漲的主要原因在於政策引導和地方扶持。近年來,我國與太陽能技術有關的研發部書包括863計劃、973計劃國家自然科學基金、重點研發計劃等項目,很大程度上引導和激發了科研機構的研究熱情。根據《高新技術企業認定管理辦法》,企業申請成為高新技術企業必須要滿足知識產權數量和質量的相關規定,各地方積極出台促科技發展辦法鼓勵專利申請,一系列資助催生了大批新興光伏企業。

3.2.產業化端:各大廠家已在鈣鈦礦設備、電池、材料、檢測端紛紛布局

PSCs製備過程較晶硅類電池更簡單,當前處於設備工藝驗證階段。鈣鈦礦太陽能電池的組件生產流程:沉積透明導電層(TCO)、沉積電子傳輸層(ETL)、沉積鈣鈦礦層、沉積空穴傳輸層(HTL)、背電池製備、組件封裝,較晶硅類太陽能電池製備大幅簡化。

PSCs生產過程與晶硅唯一相同的環節是封裝。鈣鈦礦組件的生產過程中,除了鈣鈦礦層之外,所有緩衝層和電極都可由PVD工藝製作完成,與HJT有一定的相似性,但與面板行業相似性更明顯。塗布是PSCs獨有環節,主要用於鈣鈦礦層的印刷。

產業方面,鈣鈦礦設備訂單先行,廠商交付順利。PSCs主要設備廠商邁為股份、晟成光伏、捷佳偉創、傑普特、德滬塗膜均已收穫設備訂單,部分廠商已經順利交付量產。

生產領域重要玩家融資過億,中試線逐步建設。PSCs生產主要廠商協鑫光電、纖納光電、極電光能均已完成超億元融資,協鑫光電已投建全球首條100MW大面積組件中試線,極電光能也已開始建設150MW試驗線,纖納光電七次刷新小組件世界紀錄,產業化發展欣欣向榮。

4.市場空間:預計2030年設備市場空間超800億,BIPV帶來千億應用空間

設備空間:鈣鈦礦太陽能電池憑藉高效率、低成本和日益提升的穩定性,將逐步提高在全球光伏市場的滲透率,我們測算,2030年鈣鈦礦太陽能電池設備市場空間約805億元。

電池空間:鈣鈦礦具備質量輕、厚度小、柔性大、半透明等特性,是未來汽車用太陽貼膜和BIPV的明星材料,我們預計鈣鈦礦太陽能電池應用於電動汽車移動發電電源到2030年的全球市場空間約299億元,而應用於BIPV所帶來的市場增量將達千億級別。

4.1.設備空間:預計2030年鈣鈦礦設備空間有望達805億元

我們對2020-2030年鈣鈦礦太陽能電池市場空間進行測算,假設:

全球電池片產量從163GW增長至886GW,CAGR=18%,產能利用率為75%,產能從249GW增長至1181GW;

未來10年鈣鈦礦太陽能電池滲透率從0增長至30%;

2022-2030年,鈣鈦礦太陽能電池單GW設備投資額從15億,下降至5億。

測算可得,至2030年,鈣鈦礦太陽能電池設備市場空間約805億元。

4.2.電池空間:輕、薄、柔、透特性優異,BIPV領域市場規模超千元

質量輕、厚度低、可彎曲、半透明等特性豐富了PSCs應用場景。晶硅太陽能電池中的硅片厚度通常為160-180微米,而鈣鈦礦太陽能電池中鈣鈦礦層的厚度僅為0.3微米。鈣鈦礦太陽能電池採用低溫溶液法製備即可實現優異的光電性能,十分適合製備成柔性電池,以便與航空、軍事、建築、可穿戴式發電器件集成在一起,極大拓寬了應用場景。目前柔性鈣鈦礦太陽能電池的最高光電轉換效率已達21.7%。

BIPV領域或是PSCs首當其衝覆蓋應用市場,總市場規模超千億。根據國家統計局數據,2020年我國城市建築用地總面積約583億平方米。假設:

1)我國城市建築用地總面積:以每年2%增速增長(參考2018-2020年增長率為2%)。

2)可安裝面積:以屋頂光伏可利用率30%、立面光伏可利用率10%。工商業佔比總面積30%。

3)每年翻新比例5%、竣工比例10%。(參考歷史假設)

4) 每平方可安裝瓦數200W,每瓦單價5.5元、並以每年10%幅度降低。(目前較傳統組件為溢價銷售)

測算BIPV潛在裝機市場達203GW,對應潛在市場規模達1210億。

PSCs可用於電動汽車作為移動發電電源,2030年市場規模達299億元。我們測算,2030年中國電動汽車總需求約2450.5萬輛,假設每輛車貼膜面積為3平方米,市場規模可達147億元人民幣;2030年全球電動汽車總需求約4978.2萬輛,市場規模達299億元人民幣。

5.鈣鈦礦電池設備逐步驗收出貨,2022年總產能或超1.5GW

5.1.PSCs設備:主要設備進入驗收出貨階段,國產廠商創造多項第一

以德滬塗膜、晟成光伏、眾能光電、邁為股份、捷佳偉創為首的國產鈣鈦礦設備廠商全球競爭實力雄厚,部分設備產品已進入驗收、出貨、交付階段。

5.1.1.晟成光伏:鈣鈦礦團簇型多腔式蒸鍍設備現已量產,並成功應用於多個客戶端

蘇州晟成光伏設備有限公司成立於2010年,是京山輕機的全資子公司,坐落於蘇州高新區,現有員工1000多人,其中技術研發人員超過300人。主要從事光伏行業智能化裝備的研發、製造、銷售及服務,目前產品已遠銷美、德、法等全球20多個國家和地區。公司為客戶提供光伏組件製造整體解決方案,滿足常規、雙玻、半片、MBB、疊瓦等不同需求,也為電池和硅片製造等領域提供相關智能裝備。

公司研發能力強,與協鑫光電強強聯合,在鈣鈦礦產線設備方面展開深入戰略合作公司於2021年初投資10億建設智能裝備製造中心,項目用於新增高端光伏組件設備生產線以及建立製備異質結和鈣鈦礦疊層電池核心設備研發機構。

2021年5月公司與協鑫光電正式達成鈣鈦礦疊層電池技術開發戰略合作,聯合開發鈣鈦礦與疊層電池的工藝及相關設備。公司已通過ISO9001質量管理體系認證,產品獲得CE、ETL、UL等認證。

目前公司鈣鈦礦電池團簇型多腔式蒸鍍設備現已量產,並成功應用於多個客戶端。

5.1.2.德滬塗膜:鈣鈦礦太陽能電池核心塗膜設備全球市佔率第一

德滬塗膜是上海市嘉定區引進的高科技項目,是目前中國唯一可以參與世界競爭的電子級塗膜設備公司,對標世界前五德日韓狹縫塗布設備公司。

公司聚焦太陽能電池、平板顯示、電子信息、集成電路先進封裝、氫電池等行業,提供研發、中試到量產的系列精密溶液成膜設備、系統和全解決方案。

公司鈣鈦礦太陽能電池核心塗膜設備在全球市佔率第一。狹縫塗布技術能在玻璃、不鏽鋼片、塑料等基體上沉積各種液體化合物,通過精確控制液體流量和移動的相對速度,來製備所需技術指標的薄膜。公司獲得2019年國家科技部重大科技專項,主持開發鈣鈦礦量產核心塗膜設備。在鈣鈦礦太陽能電池領域,公司的核心塗膜設備全球市佔率最大。

5.2.PSCs電池:主要玩家研發全球領先,中試線在建新產品呼之欲出

以協鑫集成、纖納光電、極電光能、眾能光電、萬度光能為首的本土鈣鈦礦電池廠商產業化進度引領全球,預計2023年鈣鈦礦太陽能電池總產能將接近1GW。

5.2.1.協鑫光電:全球首條100MW大面積鈣鈦礦量產線正在建設中

協鑫光電成立於2010年,原身為惟華光能,專註於鈣鈦礦太陽能組件的研發、生產。2017年,公司被全球最大的光伏集團協鑫收購,後續道達爾能源、寧德時代等公司陸續成為公司股東。

大面積組件中試線建設進程遙遙領先。2019年2月,協鑫光電率先建成10MW級別的大面積鈣鈦礦組件中試產線,組件尺寸為45cm*65cm,光電轉化效率達到15.3%。

目前,協鑫光電正在建設100MW量產生產線,將把組件面積擴大至1m*2m,組件光電轉化效率將提高至18%以上,是行業目前唯一擁有量產產線的鈣鈦礦製造企業。

5.2.2.極電光能:150MW中試線正在建設,新產品即將問世

極電光能前身是長城控股旗下蜂巢能源科技有限公司下設的太陽能事業部,自2018年初開始鈣鈦礦光電技術的預研工作,於2020年4月獨立為無錫極電光能科技有限公司。公司圍繞「鈣鈦礦」這一奇異的光電材料,致力於太陽電池及組件、發光量子點以及前驅體材料的產業化技術開發。

公司研發團隊實力雄厚,研發軟硬件設施先進。公司聘請了鈣鈦礦領域國際知名科學家Mohammad Khaja Nazeeruddin為首席科學家,研發團隊由國內外頂尖高校的一流人才組成,碩士及以上學歷成員佔比超過70%。公司一期面積超5000 m2,已建成超過1000m2的潔凈實驗室。2021年6月,公司20.1%的鈣鈦礦組件穩態效率被收錄到世界太陽電池最高效率表,並被評價具有「landmark」意義,這意味公司保持着鈣鈦礦光伏組件效率的世界最高水平。

中試線加碼建設,新產品即將問世。公司已成功完成2.2億元Pre-A輪融資,並正在建設150MW鈣鈦礦光伏中試線項目。根據公司的計劃,公司的鈣鈦礦發電石材產品在2021年底正式推出,鈣鈦礦幕牆系列產品預計在2022年終面世,該產品在保證16%以上的光電轉換效率的前提下,仍有10%以上的透光率,處於行業領先水平。

5.2.3.纖納光電:連續7次刷新世界紀錄的鈣鈦礦先行者

纖納光電成立於2015年,致力於「鈣鈦礦前沿技術、鈣鈦礦材料研究、相關產品及高端裝備的設計研發、低碳製造和市場化應用」,公司在全球累計申報200多項知識產權專利,承擔了3項國家科技部重點研發計劃,2019-2020連續兩年被認定為最具成長性的准獨角獸企業,當前已完成C輪融資。

七次刷新鈣鈦礦小組件轉換效率世界紀錄,獲得全球首個鈣鈦礦加嚴穩定性測試認證。

2017年公司第一次打破了國外對鈣鈦礦半導體光伏新材料的技術壟斷後,先後7次刷新了鈣鈦礦太陽能組件效率的世界紀錄,並獲得全球首個鈣鈦礦穩定性認證及穩定性多倍加嚴認證。

2021年11月,公司創造了鈣鈦礦小組件21.4%(穩態)轉換效率的世界紀錄,組件面積19.32cm2,公司在鈣鈦礦太陽能電池量產化技術方面具備國際領先優勢。

公司建有國內首個鈣鈦礦生產基地,領航鈣鈦礦太陽能電池商業化。

公司在浙江衢州建有國內首個鈣鈦礦生產基地,一期廠房11000平方米,包含半導體車間、動力、合成、倉庫、辦公、宿舍等相關配套,入選了2018年浙江省重點建設工程。公司預計,鈣鈦礦太陽能電池大規模應用後,發電成本可降低至目前傳統電池的一半左右,約0.2-0.3元/度,與煤電價格相當。

2021年6月3日,公司與亞瑪頓簽署合作協議,未來雙方將在玻璃定製、BIPV組件、TCO玻璃等多個方面展開多維度合作。

亞瑪頓是全國製造業單項冠軍企業,在玻璃應用、鍍膜技術、BIPV產品等方面有着豐富的技術積累和研發經驗,纖納光電將向亞瑪頓提供全球領先的鈣鈦礦量子點夾層技術,攜手推動BIPV在雙碳時代的廣泛應用。

2021年6月4日,公司與一道新能源簽署了戰略合作協議,致力於鈣鈦礦疊層技術、BIPV和BAPV等領域展開全面合作。

5.2.4.眾能光電:在建鈣鈦礦太陽能光伏組件生產線產能可達200MW/年

杭州眾能光電科技有限公司成立於2015年8月,核心團隊來自清華大學和華中科技大學,定位於用新型薄膜光電技術將能源變得更加普惠大眾,專業從事鈣鈦礦太陽能光伏組件以及相關裝備的研發和產業化。2017年起,公司設計和生產的裝備在國內外30+客戶中得到應用,有力地推動光電技術的研發和產業化進程。

公司自主研發鈣鈦礦太陽能電池組件及相關設備。核心團隊來源於清華大學和華中科技大學,現有辦公區、實驗室、生產車間3000平米,員工近50人,擁有近20項發明和實用新型專利,獲得了國家高新技術企業、杭州市雛鷹和浙江省重點技術創新專項等榮譽和科技獎勵,通過了ISO9001質量管理體系認證。

公司擁有業內領先的鈣鈦礦太陽能電池生產線的供貨業績。公司已對外銷售刮塗/塗布一體機、磁控濺射、熱蒸發鍍、ALD和激光刻蝕機等工藝單機以及鈣鈦礦太陽能光伏組件整線近100台套,鈣鈦礦激光劃線刻蝕設備出貨50台套,鈣鈦礦PVD設備出貨量30台套。公司的64cm2和3000cm2的組件效率分別達到20%和17%,處在國際先進水平,公司在建鈣鈦礦太陽能光伏組件生產線產能可達200MW/年。

5.2.5.萬度光能:投資60億元建設鈣鈦礦太陽能電池生產基地

萬度光能成立於2016年,主要從事超低成本光伏器件開發與產業推廣,核心目標是基於印刷技術及廉價原材料,從基礎研究到產業化應用全鏈條布局一體化推進,獲得高效穩定的新型太陽能電池。

公司承接了華中科技大學武漢光電國家研究中心韓宏偉教授團隊的研究成果。公司在單一導電襯底上通過逐層印刷方式塗覆三層介孔膜,製備可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池。2018年,萬度光能實現了110平米印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池系統,相關結果發表在《科學》雜誌上截至2021年,公司在國際上率先完成下一代光伏可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池中試及戶外驗證,產業化指標在國際上處於領先地位。

公司投資60億元建設萬度光能可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池生產基地項目。項目佔地110畝,分兩期建設,第一期建設一條200MW級可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池大試線,成功後擬擴充至10GW產能,滿足光伏市場對廉價太陽能電池的需求。項目建成投產後,每年可生產10GW以上的太陽能電池,實現年產值100億元。

5.2.6.合特光能:計劃建首條異質結/鈣鈦礦疊層電池中試線,目標效率28%以上

據杭蕭鋼構投資者互動平台上表示:公司的子公司合特光電計劃在2022年底投產首條異質結/鈣鈦礦疊層電池中試線,目標效率28%以上,一旦該生產線順利投產,將大幅增加公司產品的市場競爭力。

合特光電自2001年就開始了異質結太陽能電池的技術研發,並在電池工藝和生產設備方面取得了較大的突破,具有完全自主知識產權,此外還申請了異質結/鈣鈦礦疊層電池技術的相關專利。公司已經基本完成了從實驗室走向市場端的過程,已經具備產品投產的技術條件,產線投產後可直接進入產品生產和推廣,同時產業鏈的延伸布局也讓產品有更大的降本空間。

2022年5月,杭蕭鋼構對合特光電員工開展持股計劃。杭蕭鋼構擬收回不超過1000萬股,不低於500萬股的公司股票,回收價格不超過6.03元/股,受讓價格為回購成本均價,參與對象以自有或自籌資金出資。

6.行業公司

6.1:邁為股份、亞瑪頓、金辰股份、羅博特科、帝爾激光、捷佳偉創等。

6.2:京山輕機、協鑫集成、隆基股份、寧德時代、天合光能、東方日升、通威股份、晶科能源、中來股份、聆達股份、金風科技、傑普特、拓日新能、杭蕭鋼構等。

6.3 非上市公司:德滬塗膜、協鑫光電、纖納光電、極電光能、眾能光電、萬度光能等。

6.風險提示

光伏行業產品或技術替代的風險。

若未來下游相關產業發生重大技術革新和產品升級換代,下游市場對公司現有產品需求發生不利變化,而公司在研發、人才方面投入不足,技術和產品升級跟不上行業或者競爭對手步伐,公司的競爭力將會下降,對公司經營業績帶來不利影響。

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