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2024年中国钙钛矿电池行业发展现状分析 处于从实验室到产业化的重要阶段【组图】

黄缨杰

钙钛矿电池行业主要上市公司:宁德时代(300750.SZ);隆基绿能(601012.SH);天合光能(688599.SH);晶科能源(688223.SH);晶澳科技(002459.SZ);杭萧钢构(600477.SH);宝馨科技(002514.SZ)等

本文核心数据:钙钛矿单结电池及钙钛矿/晶硅叠层电池转换效率进展

钙钛矿电池诞生十余年,转换效率迅速跃升

钙钛矿电池属于第三代新型太阳能电池,起步较晚,但发展迅速。从钙钛矿太阳能电池的发展历程来看,2009年,日本科学家Kojima和Miyasaka将钙钛矿这种材料应用到染料敏化太阳能电池中,并实现了3.8%的光电转换效率,钙钛矿太阳能电池正式诞生。但该电池仅仅存在了几分钟,为解决钙钛矿太阳电池的稳定性问题,2012年,Park小组使用固态spiro-OMeTAD作为空穴传输层并制备出第一块全固态钙钛矿太阳能电池,电池效率达到9.7%。

随后,钙钛矿太阳能电池进入迅猛发展阶段,光电转换效率不断突破。得益于两步沉积法、氧化铝取代二氧化钛、采用阳离子交换等途径,钙钛矿太阳能电池转换效率相继突破15%、20%和25%。目前,单结钙钛矿电池转换效率记录为26.1%,由中国科学技术大学于2023年7月创造。

叠层电池方面,2023年11月,经NERL认证,隆基绿能自主研发的晶硅-钙钛矿叠层电池效率达到33.9%,为目前全球晶硅-钙钛矿叠层电池效率的最高纪录。

图表1:全球钙钛矿电池行业发展历程

钙钛矿叠层电池实验室最高转换效率达33.9%

根据NERL公布的最新数据,截至2023年11月,钙钛矿单结电池最高实验室转换效率达26.1%,钙钛矿/晶硅叠层电池最高实验室转换效率更是高达33.9%,由隆基绿能的研发团队创造。整体来看,钙钛矿/钙钛矿、钙钛矿/晶硅、钙钛矿/薄膜等叠层电池为当前研发的热点之一,构建叠层电池能大幅提升光电转换效率。

图表2:2013-2023年钙钛矿单结电池及钙钛矿/晶硅叠层电池转换效率进展(单位:%)

供给端产业化方向存在差异

目前,钙钛矿电池行业正处于从实验室到产业化的重要阶段,产业化元年或已悄然而至。当前,国内钙钛矿电池厂商可分为上市企业和非上市企业两大竞争派系。上市企业包括宁德时代、隆基绿能、天合光能、晶澳科技等电池行业龙头企业,多具有晶硅电池背景,正向钙钛矿/晶硅叠层电池方向努力;非上市企业包括协鑫光电、纤纳光电、大正微纳、极电光能、万度光能等,以单结钙钛矿电池为主要产业化方向。

图表3:中国钙钛矿电池行业竞争派系

不同类型企业在量产技术路线上存在差异,主要表现在做单结还是叠层电池,如果做叠层,是选择钙钛矿/晶硅叠层,还是全钙钛矿叠层。大部分上市公司走叠层发展路线,隆基绿能、天合光能、杭萧钢构大力研发钙钛矿/晶硅叠层太阳电池,非上市企业则主要走单结钙钛矿电池路线,此外,仁烁光能为行业内唯一一家全钙钛矿叠层电池企业。

图表4:中国钙钛矿电池企业量产技术路线对比(单位:%,美分/kWh)

需求端应用前景广阔

钙钛矿电池在分布式光伏市场具备竞争力,可广泛应用于BIPV幕墙,也是光伏车顶的优良材料。钙钛矿电池下游应用场景广泛主要得益于钙钛矿材料吸光系数大,厚度较薄就能实现对太阳光的有效利用,同时钙钛矿材料特性决定了钙钛矿电池的制作可采用轻薄、柔性基底。

此外,钙钛矿太阳能电池的带隙可调性使其具有室内光伏电池理想的宽带隙,将钙钛矿电池的下游应用范围拓展至弱光及室内光伏,进而可以广泛应用于工业物联网、智能家居和智能出行等领域。目前已有相关企业布局该应用领域的研究,经国家光伏产业计量测试中心认证,广东脉络能源科技有限公司研发的钙钛矿室内光伏电池光电转换效率在1000luxU30光源照射下达到44.72%。

图表5:钙钛矿电池适用场景

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国钙钛矿电池(PSCs)产业发展前景预测与投资战略规划分析报告》。

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