*本文部分援引于报告：《2022年中国钙钛矿光伏电池行业概览》，首发于头豹科技创新网。
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9月20日晚间，宝馨科技发布公告称，拟就“HJT-钙钛矿叠层、钙钛矿电池”产业化技术开发及产品推广达成合作意向，拟签署《项目投资合作协议》及成立合资公司。
截止9月27日，宝馨科技股价飙升30%以上，引发市场热议。
在这条公告中，钙钛矿电池一词尤为显眼，钙钛矿电池作为太阳能电池的一种，在2013年被《Science》评为年度十大科学突破，能够为光伏发电起到显著的降本增效作用。
近年来，强大的理论背景和无限明媚的应用前景，为钙钛矿电池产业注入了“热钱”。
纤纳光电于2021年获得三峡资本领投的3.6亿元C轮融资，协鑫光电则在2022年获得由腾讯投资的数亿元B轮融资。
但是，问题也随之抛出，钙钛矿电池为何仍旧停留在概念研发阶段，迟迟未商业化？背靠强大的光伏产业政策，钙钛矿电池究竟是不是一门好的光伏生意呢？
本文，头豹研究院将从行业现状、产业背景、市场规模、制约与驱动因素、竞争格局等角度为你分析钙钛矿电池的发展现状与趋势。
01
光伏发电原理与钙钛矿材料
光伏发电的原理为光生伏特效应，当太阳光照射到金属表面时，金属中的电子吸收太阳光中的能量，当能量足够大则电子能够克服金属原子的引力做功从而逃逸金属表面。在光伏电池中，当P型半导体与N型半导体相结合时，其接触面会形成P-N结，具有电势差，当太阳光照射在P-N结上时，半导体内部电子吸收能量，新的空穴-电子对产生。在P-N结内建电场的作用下，空穴由N区向P区流去而电子则由P区向N区流去，在接通外部电路后则形成电流。
钙钛矿材料最早指由德国科学家GustavRose发现的钛酸钙（CaTiO3）矿物，目前指代化学结构通式为ABX3的晶体材料。钙钛矿材料在空间呈现正八面体结构，具有高光电转换效率、合成工艺简单、可设计性强等优点，目前主要应用于光伏发电及LED等领域，被认为是下一代最具竞争力的光电材料之一，钙钛矿光伏电池在2013被《Science》评为年度十大科学突破。
在传统有机金属卤化物钙钛矿中，A位通常为较大的+1价阳离子，如无机金属阳离子铯CS+，有机阳离子甲胺CH3NH3+(MA+)、甲脒CH(NH2)2+等，B位通常为+2价无机金属阳离子，如锡离子Sn2+、铅离子Pb2+，X位通常为-1价卤素阴离子，如氯离子Cl-、碘离子I-、溴离子Br-等，在钙钛矿晶体中，A位于由B与X在空间形成的八面体结构的空隙当中。
02
钙钛矿光伏电池：健壮的“四肢”
钙钛矿光伏电池由底电极、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层及顶电极组成。
钙钛矿光伏电池在接收到太阳光后，内电场中产生的空穴通过空穴传输层向金属电极移动形成阴极，内电场中产生的电子通过向透明导电氧化物玻璃即FTO移动，形成阳极，最终在钙钛矿光伏电池内部形成电势差，在接入外部电路后会产生电流。
03
光伏行业：强大的“骨骼”
中国于巴黎气候峰会上宣布，至2030年，中国单位GDP二氧化碳排放量相较于2005年将下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达25%。受益于国家政策的支持，中国光伏装机产量自2017年以来呈现快速上涨态势，在全球光伏市场中占比迅速攀升，2021年中国是全球光伏发电行业市场规模最大的国家，累计装机容量占比预计到2026年将达到999.8GW，2021至2026年复合年化增长率将达26.9%
由于中国需要在2030年之前达到碳中和而传统火力发电碳排放量较高，预计未来火力发电在中国能源结构中占比将会下降。相较于水电、风电、核电等其他清洁能源，光伏发电具有便于安装、建设周期相对较短、使用与维护较为简便、应用场景多样化等优势，钙钛矿光伏电池作为“十四五”期间重点攻克的新一代光伏电池技术，在达到量产条件后有望凭借其更高的光电转换效率与较低的造价成本占领光伏市场
04
钙钛矿光伏电池，向哪迈？
随着中国对于绿色低碳能源需求的不断增大，光伏产业被列为中国战略性新兴产业之一，中国光伏装机量在未来将不断扩大，预计“十四五”期间中国年均光伏装机量将超过75GW。随着光伏产业的不断发展，作为新兴技术的钙钛矿光伏电池预计未来市场规模亦将不断扩大，由2022年0.8GW增长至2030年265.6GW，复合年化增长率达91.4%。
市场增长原因：钙钛矿光伏电池具有高光电转换效率、厚度薄、低制造成本、污染更小等优势，然而钙钛矿光伏电池目前依然处于试验阶段，主要头部厂商目前皆在搭建中试线，为未来量产进行技术试验与储备。预计在2026年钙钛矿光伏电池将完成技术细节的开发、产业设备的完善以及制备工艺的试验，有望进入量产阶段，迎来爆发式增长。
05
钙钛矿光伏电池行业产业链图谱
钙钛矿光伏电池产业链上游主要是电池生产设备供应商，其中镀膜设备是钙钛矿光电电池生产的核心设备，中游主要是电池生产商，目前钙钛矿电池难以实现量产，下游是如BIPV、光伏电站等的应用场景。
06
钙钛矿光伏电池行业转换效率与生产效率优势
转换效率优势：钙钛矿光伏电池理论转换效率高于传统晶硅光伏电池，晶硅电池的发展逐渐接近Shockley-Queisser极限，目前能够量产的TOPCon单晶光伏电池平均转换效率为24%，PERC-p型单晶光伏电池的平均光伏效率则为23.1%，未来提升空间有限，而钙钛矿单节电池的理论极限高于传统晶硅光伏电池，达31.0%。
钙钛矿薄膜可以通过与晶硅电池叠加构成晶硅-钙钛矿叠层电池以突破晶硅电池转换效率的理论上限，目前瑞士电子与微技术中心与洛桑联邦理工学院共同在实验室制成的晶硅-钙钛矿叠层光伏电池转换效率已达31.3%，未来随着晶硅光伏电池的转换效率提升进一步放缓，钙钛矿光伏电池有望凭借其更高的转换效率成为下一代主流光伏电池
生产效率优势：晶硅光伏组件自硅料生产至最终组件封装完成需要经过四个不同工厂的周转，生产周期至少为三天，钙钛矿光伏组件的生产可以在单一工厂内对化工原料、光伏玻璃、胶膜、靶材等完成加工与封装，且生产周期仅需要45分钟，生产周期大幅缩短且产业链价值高度集中，生产效率远高于晶硅组件。
07
制约因素：稳定性与大面积制备能力欠缺
稳定性不足：钙钛矿光伏电池的寿命相较于晶硅电池劣势较大，钙钛矿电池的T80寿命（即效率下降至初始值的80%）约为4,000小时，即约半年左右，而当前主流的硅基光伏电池T80寿命约为25年，钙钛矿电池的稳定性劣势巨大。目前学术界，致力于提升钙钛矿光伏电池于光照、湿度及电压驱动下的稳定性，钙钛矿光伏电池在MMP处长期运行的稳定性是主要需要解决的问题。
大面积效率降低：目前在各种涂层技术下所制备的钙钛矿光伏电池的转换效率均随着面积的增大而降低，难以大面积制备亦是阻碍钙钛矿光伏电池产业化的重要原因，大面积制备的均匀性、平整度及多元组分均是亟待攻克的难题。
钙钛矿光伏组件运行过程中，各种原因可能导致其组件效率的衰减，从而降低了钙钛矿光伏组件的稳定性与寿命，目前主要研究的几大导致钙钛矿光伏组件不稳定性的原因有：A位阳离子的不稳定，离子迁移，相稳定性不足，内应力，外应力及外围环境。
08
行业竞争格局
中国钙钛矿光伏电池目前呈现多极竞争的竞争格局，纤纳光电在企业创新能力与目前已经生产的组件大小上独占鳌头，大幅度领先其他同行企业，其最终组件于终端场景中发电效果如何尚待验证。
从组件效率来看，极电光能与纤纳光电的组件效率皆在20%左右，而极电光能的组件面积尚未达到商业化标准，在组件面积扩大之后能否维持此效率依然有待验证。
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从融资角度来看，万度光能获宜昌国投集团投资60亿元，资金体量远超同行企业。光伏行业属于重资产行业，钙钛矿光伏电池目前依然处于中试线阶段，工艺及产业链尚不完备，技术研发验证以及产线建设皆对资金有较大需求，近年钙钛矿概念的崛起为钙钛矿光伏电池厂商带来了更多的资本关注，典型事件如纤纳光电于2021年获得三峡资本领投的3.6亿元C轮融资，协鑫光电在2022年获得由腾讯投资的数亿元B轮融资等，更多资本的助力将加速钙钛矿光伏电池行业的发展。
从目前已经披露的产能来看，目前头部厂商皆处于中试线阶段，产能及规划产能皆在兆瓦级别，尚未有能够大规模量产的钙钛矿产品问世。
通过分析钙钛矿电池行业内的相关企业，头豹建议重点关注协鑫光电、捷佳伟创、京山轻机。