摘要：鈣鈦礦電池是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代太陽能電池，也被稱為新概念太陽能電池。當前，鈣鈦礦電池已經(jīng)步入商業(yè)化的關鍵節(jié)點。數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2023年中國鈣鈦礦電池滲透率約為0.2%。隨著鈣鈦礦電池技術的不斷提升，未來我國鈣鈦礦電池滲透率有望隨之增長。

一、定義及分類

鈣鈦礦電池是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代太陽能電池，也被稱為新概念太陽能電池。當前，鈣鈦礦電池主要有單結鈣鈦礦電池和疊層鈣鈦礦電池。如果一個鈣鈦礦電池只有鈣鈦礦本身的“三明治”結構，那么就是單結鈣鈦礦電池。所謂疊層鈣鈦礦電池，是指鈣鈦礦層可以堆疊在彼此之上，也可以堆疊在傳統(tǒng)晶硅太陽能電池之上，形成能夠吸收更寬太陽光譜的“串聯(lián)”電池。按照不同材料的堆疊，疊層鈣鈦礦電池的技術路線有晶硅/鈣鈦礦疊層電池、全鈣鈦礦疊層電池、薄膜電池（如銅銦鎵硒）/鈣鈦礦疊層電池等。

二、行業(yè)政策

近年來，國家陸續(xù)出臺了多項政策，鼓勵鈣鈦礦電池行業(yè)發(fā)展與創(chuàng)新。2023年1月，工信部等六部門印發(fā)《關于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》，提出要統(tǒng)籌開發(fā)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。開發(fā)BIPV構件、車船用構件、戶外用品等產(chǎn)品，拓展應用領域。2024年3月，河南省人民政府辦公廳印發(fā)《河南省加快制造業(yè)“六新”突破實施方案的通知》，提出要重點發(fā)展晶體硅光伏電池材料和化合物薄膜，開發(fā)大尺寸單晶硅、多晶硅太陽能硅材料、多晶硅薄膜等，研發(fā)新型高效鈣鈦礦電池材料和銅銦鎵硒等薄膜電池材料，打造“硅烷—顆粒硅—單晶硅片—電池片—組件—電站”產(chǎn)業(yè)鏈。

三、發(fā)展歷程

鈣鈦礦最早是1839年德國科學家GustavRose發(fā)現(xiàn)，2006年鈣鈦礦首次應用于光伏電池，2009年日本科學家Miyasaka率先將鈣鈦礦材料用于染料敏化太陽能電池作為吸光材料，獲得了3.8%的光電轉化效率。2021年10月，韓國蔚山國家科技研究所的單結鈣鈦礦電池光電轉換效率25.8%，2022年8月中國中科院半導體研究所的光電轉換效率25.6%。2020年10月，美國能源部可再生能源實驗室的全鈣鈦礦疊層電池光電轉換效率23.1%，中國南京大學譚海仁課題組的光電轉換效率突破28.0%。2020年12月，英國牛津光伏的鈣鈦礦/晶硅疊層電池光電轉換效率29.5%；2021年11月德國亥姆霍茲中心將光電轉換效率進一步提高29.8%，2022年7月瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院突破31.3%。2023年11月3日，據(jù)美國國家可再生能源實驗室（NREL）最新認證報告顯示，由中國光伏企業(yè)——隆基綠能科技股份有限公司自主研發(fā)的晶硅-鈣鈦礦疊層電池效率達到33.9%，這是目前全球晶硅-鈣鈦礦疊層電池效率的最高紀錄。

四、行業(yè)壁壘

1、技術壁壘

鈣鈦礦電池的發(fā)展需要長期的技術積累，新進入鈣鈦礦電池行業(yè)的企業(yè)通過自主研發(fā)實現(xiàn)關鍵技術的突破和成熟應用均需要較長的時間積累。其中，材料、電芯、模組、電池包、電池管理系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)均有較高的技術要求，如沒有相應核心技術，鈣鈦礦電池生產(chǎn)企業(yè)將很難生產(chǎn)出有競爭優(yōu)勢的產(chǎn)品。

2、品牌壁壘

鈣鈦礦電池行業(yè)具有較高的品牌壁壘。鈣鈦礦電池產(chǎn)品的安全性、穩(wěn)定性、一致性、快速響應能力等因素是客戶選擇生產(chǎn)廠商的主要依據(jù)，產(chǎn)品得到市場檢驗和得到客戶認可通常需要較長時間。鈣鈦礦電池廠商具備較強的綜合實力和良好的品牌效應，才能獲取客戶的信任。

3、規(guī)模壁壘

鈣鈦礦電池行業(yè)具有較高的規(guī)模壁壘，其生產(chǎn)具有規(guī)模經(jīng)濟的特點，生產(chǎn)規(guī)模較大、資金雄厚的企業(yè)在原材料采購和生產(chǎn)運營方面具有相當?shù)囊?guī)模優(yōu)勢。同時，鈣鈦礦電池的研發(fā)需要不斷投入，只有規(guī)?；髽I(yè)才能持續(xù)保持領先地位。

五、產(chǎn)業(yè)鏈

1、行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分析

鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括原材料和設備，其中，原材料主要包括鈣鈦礦、靶材、TCO玻璃、吸光材料等；設備主要包括鍍膜設備、涂布設備、激光設備以及封裝設備。產(chǎn)業(yè)鏈中游為鈣鈦礦電池的生產(chǎn)制造。下游為鈣鈦礦電池應用領域，主要包括光伏產(chǎn)業(yè)、LED、催化劑、金屬空氣電池、氣敏材料、磁制冷材料等。

鈣鈦礦電池行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

鈣鈦礦

武漢低維材料研究院有限公司

山東鴻瑞世嘉新能源科技有限公司

西昌裕鑫新材料科技有限公司

深圳市惠能材料科技研發(fā)中心（有限合伙）

靶材

濟源豫金靶材科技有限公司

東莞市歐萊濺射靶材有限公司

深圳市矽谷濺射靶材有限公司

深圳市富明濺射靶材有限公司

TCO玻璃

北京物華天寶鍍膜科技有限公司

包頭北科科技開發(fā)有限公司

深圳市添程塑膠原料有限公司

安徽省楊莊新能源開發(fā)有限公司

吸光材料

廣西里爾新材料有限公司

北京宏泰創(chuàng)新科技有限公司

深圳市首騁新材料科技有限公司

天合光能（常州）科技有限公司

上游

寧德時代新能源科技股份有限公司

隆基綠能科技股份有限公司

天合光能股份有限公司

晶科能源股份有限公司

中游

光伏產(chǎn)業(yè)

LED

催化劑

金屬空氣電池

氣敏材料

磁制冷材料

下游

2、行業(yè)領先企業(yè)分析

（1）寧德時代新能源科技股份有限公司

寧德時代新能源科技股份有限公司成立于2011年，是國內(nèi)率先具備國際競爭力的動力電池制造商之一，企業(yè)專注于新能源汽車動力電池系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，致力于為全球新能源應用提供一流解決方案，核心技術包括在動力和儲能電池領域，材料、電芯、電池系統(tǒng)、電池回收二次利用等全產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)及制造能力。企業(yè)已與國內(nèi)多家主流車企建立合作關系，并成功在全球市場上占據(jù)一席之地，也成為國內(nèi)率先進入國際頂尖車企供應鏈的鋰離子動力電池制造廠商。據(jù)統(tǒng)計，2024年一季度，企業(yè)總營收同比下降10.41%至797.71億元，主要是原材料成本下降，導致電池價格相應下行。在鈣鈦礦電池領域，目前，企業(yè)將鈣鈦礦疊層電池技術看作是未來光伏電池技術的發(fā)展方面，并加快對鈣鈦礦電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化落地進行積極布局。未來，寧德時代將持續(xù)進軍光伏領域，并加快通過中試生產(chǎn)，在鈣鈦礦光伏電池上持續(xù)發(fā)力。

（2）隆基綠能科技股份有限公司

隆基綠能科技股份有限公司成立于2000年，致力于成為全球最具價值的太陽能科技公司。企業(yè)以“善用太陽光芒，創(chuàng)造綠能世界”為使命，秉承“穩(wěn)健可靠、科技引領”的品牌定位，聚焦科技創(chuàng)新，構建單晶硅片、電池組件、分布式光伏解決方案、地面光伏解決方案、氫能裝備五大業(yè)務板塊。形成支撐全球零碳發(fā)展的“綠電”+“綠氫”產(chǎn)品和解決方案。2022年11月19日，企業(yè)通過認證的26.81%的電池效率，是目前全球硅基太陽能電池效率的最高紀錄，不分技術路線。2023年5月，在上海國際光伏展會（SNEC 2023）上，企業(yè)對外公布其晶硅-鈣鈦礦疊層電池效率達到31.8%。2023年6月，經(jīng)歐洲太陽能測試機構ESTI權威認證，企業(yè)在商業(yè)級絨面CZ硅片上實現(xiàn)了晶硅-鈣鈦礦疊層電池33.5%的轉換效率。2023年11月，企業(yè)自主研發(fā)的晶硅-鈣鈦礦疊層電池效率達到33.9%，刷新世界紀錄。從企業(yè)經(jīng)營情況來看，2023年，企業(yè)組件及電池營收同比增長16.91%至991.99億元，主要是企業(yè)太陽能組件銷量上漲。

六、行業(yè)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)新興鈣鈦礦電池企業(yè)紛紛涌現(xiàn)，鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化進程持續(xù)推進。鈣鈦礦技術目前尚處于產(chǎn)業(yè)化早期，電池結構、材料體系、制備工藝、生產(chǎn)設備仍在持續(xù)迭代中，鈣鈦礦電池廠商積極驗證技術方向，加速推進鈣鈦礦電池量產(chǎn)進程。當前，鈣鈦礦電池已經(jīng)步入商業(yè)化的關鍵節(jié)點。數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2023年中國鈣鈦礦電池滲透率約為0.2%。隨著鈣鈦礦電池技術的不斷提升，未來我國鈣鈦礦電池滲透率有望隨之增長。

七、發(fā)展因素

1、有利因素

（1）宏觀經(jīng)濟穩(wěn)定增長

2023年以來，我國經(jīng)濟運行穩(wěn)中有進、穩(wěn)中向好。數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2023年國內(nèi)生產(chǎn)總值126.06萬億元，比2022年增長5.2%，CPI同比上漲0.2%，進出口總值41.76萬億元人民幣，同比增長0.2%。與此同時，我國供給側結構性改革取得重要進展，經(jīng)濟發(fā)展的質量和效益不斷提升。隨著供給側結構性改革繼續(xù)向縱深推進，促進經(jīng)濟回穩(wěn)的積極因素將不斷積累，有利于鈣鈦礦電池行業(yè)的快速發(fā)展。

（2）國家政策有利益行業(yè)發(fā)展

近年來，國務院、國家發(fā)展改革委、財政部、工信部等多個中央部門出臺了多項鈣鈦礦電池鼓勵政策，明確支持鈣鈦礦電池行業(yè)發(fā)展，并相繼出臺了《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》《關于推動能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》《關于推進鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實施方案》等政策，旨在通過政策引導和市場激勵，加速鈣鈦礦電池技術的研發(fā)、應用和產(chǎn)業(yè)化進程，為新能源產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展注入強大動力。

（3）鈣鈦礦電池成本較為低廉

鈣鈦礦具有更低的生產(chǎn)成本。據(jù)估算，相同產(chǎn)能，鈣鈦礦電池投資大約為晶硅電池一半。晶硅的1GW硅料、硅片、電池、組件合計接近10億元的投資規(guī)模，而鈣鈦礦電池1GW的產(chǎn)能投資，在達到一定成熟度后，約為5億元左右。與此同時，在原料來源方面，鈣鈦礦電池原料用量少，且不存在稀缺性。晶硅組件中的硅片，厚度通常為180微米，而鈣鈦礦組件中，鈣鈦礦層厚度大概是0.3微米，原材料用料極少。每塊晶硅材料組件消耗1kg硅材料，同樣大小的鈣鈦礦組件僅消耗2g鈣鈦礦材料。

2、不利因素

（1）鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性較差

光伏電池穩(wěn)定性越好、壽命越長，則其度電成本越低。目前市場上成熟光伏產(chǎn)品壽命通常達到20年以上，而目前學術界和產(chǎn)業(yè)界仍然缺乏對鈣鈦礦光伏壽命標準化度量的共識。當前鈣鈦礦光伏產(chǎn)業(yè)化最大的障礙即材料穩(wěn)定性較弱、電池壽命較短，封裝后的電池在正常使用條件下T90壽命（剩余效率為初始效率的90%）超過10000小時仍然是一個不小的挑戰(zhàn)。

（2）鈣鈦礦電池難以實現(xiàn)大面積制備

實現(xiàn)高效率鈣鈦礦電池的大面積制備是其產(chǎn)業(yè)化的另一大挑戰(zhàn)。隨著電池面積增大，鈣鈦礦電池相比其他光伏電池，能量轉換效率下滑幅度更明顯。大面積電池模組和小面積器件效率失配的主要原因有：大面積鈣鈦礦薄膜容易出現(xiàn)孔洞；器件面積增大時，串聯(lián)電阻增大、并聯(lián)電阻減小；大面積界面層質量不易控制。目前小面積（＜1cm2）的鈣鈦礦電池主要通過溶液涂旋法制備，而當器件面積擴展到100cm2以上時，由于旋涂技術固有的邊緣效應、擴展性差、原料浪費等缺陷導致這類方法不再適用。

（3）鈣鈦礦電池面臨環(huán)保問題

鈣鈦礦電池制備過程中前驅體溶液含鉛。鈣鈦礦薄膜的厚度與前驅體溶液的濃度之間存在著直接的關聯(lián)。為了制造高效的鈣鈦礦太陽電池，需要使用相對較高濃度的含鉛前驅體。然而，鈣鈦礦電池含鉛，特別是其中的碘化鉛，具有顯著的水溶性特性。如果老化的鈣鈦礦電池未能采取合適的回收方式，碘化鉛就有可能浸出并進入土壤，進而被植物吸收，最終進入食物鏈。因此，鈣鈦礦電池面臨一定的環(huán)保問題。

八、競爭格局

在全球范圍內(nèi)，鈣鈦礦電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進程正在加速。以美國、中國、歐洲為主導的研究團隊和公司，正通過材料創(chuàng)新、工藝優(yōu)化、系統(tǒng)集成等方式，不斷刷新鈣鈦礦電池的性能記錄。當前，國內(nèi)鈣鈦礦電池廠商可分為上市企業(yè)和非上市企業(yè)兩大競爭派系。上市企業(yè)主要包括寧德時代、隆基綠能、天合光能、晶科能源等企業(yè)，多具有晶硅電池背景，正向鈣鈦礦/晶硅疊層電池方向努力；非上市企業(yè)主要包括協(xié)鑫光能、纖納光電、萬度光能、極電光能等，以單結鈣鈦礦電池為主要產(chǎn)業(yè)化方向。

九、發(fā)展趨勢

鈣鈦礦太陽能電池的理論光電轉換效率高達33%，突破傳統(tǒng)晶硅電池29%的上限。在制備工藝和結構方面，鈣鈦礦太陽能電池與晶硅電池有所不同，且其制備流程顯著縮短，設備投資成本更低。未來，隨著技術的進步和創(chuàng)新，鈣鈦礦太陽能電池的性能將進一步提升，成本將進一步降低。與此同時，目前，我國鈣鈦礦領域蓬勃發(fā)展。在學術方面，我國鈣鈦礦太陽能電池研發(fā)團隊齊發(fā)力，產(chǎn)研結合探索最具競爭力和性價比的技術路線。在產(chǎn)業(yè)方面，國內(nèi)鈣鈦礦設備廠商訂單先行，部分已成功交付，國內(nèi)鈣鈦礦太陽能電池生產(chǎn)廠商效率不斷突破，融資進展順利，紛紛布局中試線。未來，我國鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化進程將持續(xù)加速。