獲悉,近期,洛桑聯邦理工學院和瑞士電子與微技術中心共同研發了鈣鈦礦-疊層電池,其轉化效率突破30%,達到31.3%,再創歷史新高。國泰君安表示,鈣鈦礦電池相比於其他太陽能電池有許多優點,並且未來轉換效率有望突破50%,是目前商用太陽能電池的2倍左右。目前,科學家正在全力剋服鈣鈦礦電池的缺點,待逐一剋服並且商業化之後,太陽能電池的轉換效率將會再上一個臺階。相關概念股:京山輕機(000821.SZ)、杭蕭鋼構(600477.SH)、金剛玻璃(300093.SZ)、協鑫集成(002506.SZ)、亞瑪頓(002623.SZ)。

  據悉,鈣鈦礦是一種分子通式為ABX3的晶體材料,呈八面體形狀,光電轉換效率高,在光伏、LED等領域應用廣泛。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,屬於第三代高效薄膜電池的代表,具有高效率、低成本、高柔性等優勢。

  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。但根據協鑫納米披露,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。協鑫光電總經理範斌指出, 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,未來如規模量產後投資將進一步降低。

  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。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。

  鈣鈦礦太陽能電池的穩定性是制約其產業化的重要因素。鈣鈦礦太陽能電池在效率和成本方面都優於晶硅電池,但其主要缺點是壽命短(穩定性差)。目前,鈣鈦礦太陽能電池的T80壽命約為4000小時,其效率僅為初始值的80%,與目前主流光伏技術25年壽命相差甚遠。鈣鈦礦太陽能電池不穩定的原因主要有:吸濕性、熱不穩定性、離子遷移等,以及外部因素如紫外線、光照等。

  鈣鈦礦電池的量產還有許多其他難題。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;高質量均勻大面積薄膜的製備方法有待突破;含鉛鈣鈦礦存在環境污染風險,也是產業化待解決的問題。

  國內鈣鈦礦電池產業鏈企業佈局推進,未來可期。國產設備廠商德滬塗膜、眾能光電、捷佳偉創、晟成光電(京山輕機子公司)、邁為股份、帝爾激光等積極佈局鈣鈦礦電池設備研發。德滬塗膜深耕狹縫塗布設備,供應協鑫100MW量產線;眾能光電已對外銷售刮塗/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光伏組件整線近100台套;2022年6月,晟成光伏鈣鈦礦電池團簇型多腔式蒸鍍設備量產,成功應用多個客戶端;2022年7月,捷佳偉創鈣鈦礦電池RPD設備出廠發貨;邁為股份、帝爾激光積極推進鈣鈦礦激光設備。

  除設備端外,國內光伏企業(包括通威股份、東方日升等)以及非光伏企業(包括寧德時代、聆達股份等)紛紛佈局鈣鈦礦電池項目;同時,協鑫光電成為在鈣鈦礦太陽能電池組件中推進最快的企業之一,打造100MW量產線,推動鈣鈦礦的商業化進程;今年2月,由纖納光電供貨的全球首個鈣鈦礦光伏地面電站開工,該電站裝機規模為12MW。

  相關概念股:

  京山輕機(000821.SZ):公司目前針對鈣鈦礦設備業務主要著重在鈣鈦礦前段的鍍膜設備,已有部分鈣鈦礦電池設備出貨,目前已與行業多家鈣鈦礦電池企業有業務聯繫和合作,並有產品應用於多個客戶端。

  杭蕭鋼構(600477.SH):子公司合特光電計劃2022年底投產首條晶硅薄膜+鈣鈦礦疊層電池中試線,電池的生產設備是根據自主設計的生產工藝,規劃產能為100MW,目標轉化效率為28%以上。

  金剛玻璃(300093.SZ):公司擁有自主研發的異質結+鈣鈦礦疊層技術,包含用疊層的方法將鈣鈦礦材料的薄膜層塗覆異質結電池錶面,充分利用兩種電池對光的吸收以提升電池轉換效率。

  協鑫集成(002506.SZ):旗下協鑫光電正在建設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。

  亞瑪頓(002623.SZ):纖納光電與亞瑪頓簽署合作協議,未來雙方將在鈣鈦礦太陽能電池玻璃定製、BIPV組件、TCO玻璃等多個方面展開多維度合作。

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