钙钛矿激光设备行业分析：钙钛矿加速渗透，激光设备放量在即
（报告出品：国泰君安证券）
1. 投资观点
2025 年前钙钛矿电池将以叠层形式和晶硅电池共存，2025 年后单结组 件将开始渗透。钙钛矿电池的理论效率达 31%，分别较 PERC 单晶 /HJT/TOPCon 电池高 6.5/3.5/2.3pct，叠层后理论效率将提升至 45%。钙 钛矿产线设备投资较晶硅电池低 44%-50%；组件制造成本约为 1 元/W， 量产后有望降至 0.3-0.4 元/W，而 PERC/TOPCon/HJT 电池组件分别为 2/2.05/2.2 元/W。虽然钙钛矿电池具有高效率和低成本优势，但是目前 仅完成了 3 年可靠性验证，我们认为在 2025 年之前钙钛矿电池将是晶 硅电池的补充，以叠层形式提升组件的整体效率表现，在 2025 年完成 长周期验证后，非叠层的单结钙钛矿组件有望快速提升渗透率。钙钛矿加速渗透将带来新激光设备需求。钙钛矿电池生产过程中需要对 各功能层进行刻蚀以形成子电池结构，激光设备具有组件效率影响更小、 生产效率高等优势。钙钛矿电池的加工精度要求为 0.3-0.5 微米，原有激 光设备无法满足要求，钙钛矿电池开启渗透后将带来新激光设备需求。
哪些激光设备供应商将受益于钙钛矿投资机会？目前能够提供整线激光设备的厂商具有先发优势并有望保持高市占率。帝尔激光率先推出了 PERC 激光掺杂设备，市占率超过 90%。目前钙钛 矿存在不同的技术路线，参考 PERC 激光掺杂设备发展历程，我们认为 率先实现出货的厂商能够与客户形成较强的合作关系并保持高市占率。整线激光设备的毛利率高于激光器，自产激光器将改善激光设备毛利率。激光设备技术难度高，毛利率高于激光器，以德龙激光为例，其激光器 产品毛利率约为 35%-45%，激光设备产品毛利率约为 40%-50%。激光 器作为核心元器件，在激光设备价值量中占比约为 40%-60%，厂商能够 通过自产激光器以降低成本，提升设备毛利率。
2. 钙钛矿电池将凭借高效低本优势快速渗透
现阶段多种光伏电池技术同步推进，其中钙钛矿电池效率领先。目前光 伏电池技术可以分为硅晶电池、化合物薄膜电池、钙钛矿电池等类型， 从效率来看，硅晶电池是现阶段比较成熟的光伏电池技术，实验室效率 和量产效率均相对领先。化合物薄膜电池具有衰减低、重量轻、材料消 耗少、制备能耗低、适合与建筑结合（BIPV）等特点，且实验室效率高 于硅晶电池；钙钛矿电池具有成本低、灵活性高等特点，能够与 HJT 叠 层，有望开启快速渗透。
2.1. 钙钛矿电池结构简单
钙钛矿电池是使用具有钙钛复合氧化物晶体结构的化合物作为吸光半 导体材料的第三代光伏电池技术。钙钛矿电池的发电原理为：1）钙钛 矿层吸收光子产生电子-空穴对；2）电子从钙钛矿层传输到电子传输层 并被透明导电氧化物（TCO，一般使用导电玻璃）收集，同时空穴从钙 钛矿层传输到空穴传输层并被金属电极收集；3）通过连接 TCO 和金属 电极形成电流。
钙钛矿电池的结构相对简单。钙钛矿电池主要由以下几个功能层组成：透明导电氧化物（TCO）、电子传输层（ETL）、钙钛矿层、空穴传输层 （HTL）和背电极。根据功能层的堆叠顺序，钙钛矿电池可分为正置的 n-i-p 和倒置的 p-i-n 结构。根据是否使用介孔支架，PSCs 可以进一步分 为介孔结构和平面结构。
2.2. 钙钛矿电池具有高效率、低成本优势
钙钛矿电池将凭借转换效率和成本优势快速渗透。钙钛矿电池是第三代 薄膜电池的代表技术路线，理论转换效率上限高于晶硅电池，通过与 HJT 等晶硅电池叠层后能够进一步提高效率，同时钙钛矿电池的设备成 本和材料成本均较晶硅电池低超 50%。光伏技术迭代以降本和增效为主 线，而钙钛矿的效率和成本优势明显，虽然目前还面临面积扩大将影响 效率、寿命不及晶硅电池等问题，但是我们认为钙钛矿电池将在 2023 年实现 GW 级产能投产，并有望在 2025 年实现 10GW 产能投产。
2.2.1. 钙钛矿电池的理论效率上限更高，提效速度更快
钙钛矿电池的理论效率上限高于晶硅电池。钙钛矿电池的转换效率上限 为31%，分别较PERC单晶电池/HJT 电池/TOPCon电池高6.5/3.5/2.3pct。通过与晶硅电池叠层，钙钛矿电池能够进一步提升效率上限，多结电池 理论效率可达 45%。
钙钛矿是效率提升最为迅速的光伏电池技术。2009 年钙钛矿初次发明时 转换效率仅为 3.8%，在经过 13 年的发展后钙钛矿电池转换效率已经达 到 25.7%，二/四端子钙钛矿晶硅叠层电池分别实现了 29.8%/26.63%的转 换效率，是转换效率提升速度最快的光伏电池技术。
钙钛矿电池的产业化效率有望快速提升。纤纳光电 100WM 钙钛矿电池 产线已投产，协鑫光电 100MW 钙钛矿组件已下线，极电光能 150MW 钙钛矿电池产线已于 2022 年 12 月投产。国内钙钛矿光伏组件产业化仍 处于较为初期的阶段，钙钛矿组件的产业化效率仅为 16%左右，随着大 面积影响效率等问题逐渐得到解决，我们预计 2023 年钙钛矿组件的产 业化效率将超过 18%并持续提升。
2.2.2. 钙钛矿电池的设备投资和单位成本低于晶硅电池
相较于晶硅电池，钙钛矿组件具有综合成本优势。根据协鑫光电数据， 100MW 中试线生产的钙钛矿组件成本为 1 元/W，当产能提高至 10GW 时钙钛矿组件成本将降至 0.5 元/W，随着未来产能提升，钙钛矿组件成 本有望进一步降低至 0.3-0.4 元/W，较目前 PERC 电池的 2 元/W 的组件 成本有明显优势。
钙钛矿电池原材料来源丰富且廉价。钙钛矿电池所用钙钛矿原材料是具 有 ABX3 结构的化合物的统称，其中 A 是甲胺、铯等有机/无机阳离子， B 是铅、锗等金属阳离子，X 为卤素阴离子。A、B、X 位均可以相互替 换组合，可选材质种类达数千种。同时钙钛矿原材料多为采矿等工业生 产过程中的副产品，采购成本较低，原材料成本是传统晶硅电池的 5% 左右。钙钛矿电池单位原材料用量少于晶硅电池。目前 PERC 电池所用硅片平 均厚度约为 170 微米，TOPCon 电池所用硅片的平均厚度约为 165 微米， HJT 电池所用硅片的平均厚度约为 150 微米，每平方米晶硅电池的硅料 用量约为 400 克。钙钛矿具有良好的吸收光谱能力，仅需不足 1 微米的 厚度就可以吸收超 90%的太阳光，每平米的材料使用量小于 2 克。
钙钛矿材料纯度要求低于晶硅电池，能耗成本更低。光伏级硅料纯度要 求为 99.9999%（6N），而制造 20%效率级别钙钛矿仅需纯度 90%左右的 钙钛矿原材料，制造 30%效率级别钙钛矿需要使用纯度约 98%的钙钛矿 原材料。硅料提纯过程需要保持 1000 度以上高温，单晶光伏组件制造的能耗约为 1.52kWh/W，而钙钛矿组件的能耗成本为 0.12kWh/W。
钙钛矿设备投资仅为晶硅电池的 50%。不同于晶硅电池产业链有硅料、 硅片、电池和组件 4 个生产环节，钙钛矿电池产业链仅有 1 个生产环节， 同时钙钛矿电池的制备过程无需高温处理，根据协鑫光电数据，GW 级 钙钛矿产线投资约为 5 亿元，较目前晶硅电池产线每 GW9-10 亿元的投 资低 44%-50%。另外受益于生产环节较少，钙钛矿组件的整体生产流程 仅耗时 45 分钟，显著少于晶硅电池的 3 天。
2.3. 2025 年钙钛矿组件产能有望达到 15GW
初期钙钛矿电池将作为晶硅电池的补充，待可靠性和大面积组件制备问 题解决后有望开始快速渗透。钙钛矿电池渗透仍然面临着两大问题：1） 可靠性，目前钙钛矿电池仅完成了 3 年的老化测试，产品寿命较晶硅电 池的 20 年仍有明显差距；2）大面积组件制备难度较大，目前业界仍未解决大面积钙钛矿组件的薄膜制备不匀影响转换效率问题。钙钛矿电池 在短期内难以取代晶硅电池成为主流电池技术，我们预计 2025 年之前 钙钛矿电池将通过与晶硅电池叠层等方式成为晶硅电池的补充并逐渐 渗透，并在 2025 年解决可靠性和大面积问题后开始逐渐取代晶硅电池 成为主流电池技术。钙钛矿产业化于 2022 年启动，国内产能接近 350MW。钙钛矿业界关注 度较高，但技术发展初期需要投入大量研发资金，投资周期较长，提高 稳定性、规模量产大面积组件的难度较大。近年来国内能源行业头部企 业以及科研院校纷纷开始探索钙钛矿技术，推动钙钛矿的产业化进展。极电光能、协鑫光电等企业自 2021 年开始探索规模化商业量产生产钙 钛矿组件，在 2022 年完成产线试验并开始投产。根据不完全统计，截 至 2022 年 12 月国内共有近 350MW 大面积钙钛矿产线实现或接近量产。
钙钛矿产能将从 2024 年开始快速提升。国内厂商目前仍处于 100MW 规 模产线试产的阶段，考虑到钙钛矿的大面积和稳定性问题仍需时日，我 们认为 2023 年国内钙钛矿产能将达到 GW 级别，将在 2024 年开始快速 提高，并于 2026 年达到 30GW 级别。
3. 钙钛矿组件工艺及设备相对简单
3.1. 钙钛矿工艺包括镀膜、涂布、刻蚀和封装环节
钙钛矿产线工艺主要包括镀膜、涂布/印刷、刻蚀和封装等环节。目前钙 钛矿的生产技术路线尚未标准化，不同钙钛矿厂商往往会采用不同的工艺和技术路线，但大部分工艺路线都包括镀膜、涂布/印刷、刻蚀和封装 这四个主要的工艺环节。
3.1.1. 镀膜环节
镀膜环节制备各功能层和电极层，是钙钛矿电池的关键工艺。空穴传输 层、钙钛矿层、电子传输层、TCO 层和背电极的制备过程中均涉及镀膜。钙钛矿组件镀膜环节主要使用物理气相沉积技术（PVD），即在真空条 件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发 并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物 质及其反应产物沉积在工件上。根据反应方法不同，PVD 可以分为蒸镀、 磁控溅射镀和反应式等离子体镀（RPD），其中：1）蒸镀成熟度较高， 薄膜纯度高但其过程温度较高，薄膜附着力较差，主要应用于金属和有 机材料电极；2）磁控溅射镀的薄膜附着力较强，过程温度较低但是会 产生厚度不均匀的问题，主要应用于金属氧化物电极；3）RPD 的薄膜 质量更高，对衬底的轰击损伤较小，成膜速度更快，但是设备成本较高， 且专利被日本住友掌握，国内仅有捷佳伟创获授权后生产相关设备，主 要应用于金属氧化物电极。
3.1.2. 涂布/印刷环节
涂布/印刷环节主要制备钙钛矿层。涂布和印刷工艺主要用于生产钙钛矿 层，并且在实验室中已经开始尝试使用这两项技术生产空穴传输层和电 子传输层。湿法涂布和印刷是制备钙钛矿层的两种主要工艺，其中湿法涂布工艺的可控性强，已经成为主流工艺；而印刷工艺用于生产印刷型 钙钛矿组件，适用范围有限。
涂布技术可以分为刮涂、辊涂以及狭缝涂布等，其中狭缝涂布是主流工 艺。1）狭缝涂布技术是一种高精度涂布方式，工作原理为涂布液沿着 涂布模具的缝隙挤压喷出而转移到基材上，具有涂布速度快、精度高、 湿厚均匀、浆料利用率高、可同时进行多层涂布等优点。2）刮涂的工 作原理是使用刮刀刮掉基材上的过量涂料，具体工作原理是将过量浆料 涂在薄膜基材上，在基材通过涂辊与刮刀之间时刮掉多余浆料，并由此 在基材表面形成一层均匀的涂层，刮刀与基材之间的间隙决定了涂层厚 度。优点是易于控制涂布量和涂布精度，适用于高固含量和高黏度的浆 料，但存在这种刮刀具在刮涂过程中可能会对器件表面造成损伤。3） 辊涂的工作原理是涂辊转动带动浆料，通过刮刀间隙来调节浆料转移量， 并利用背辊和涂辊的转动将浆料转移到基材上，优缺点和刮涂类似。
3.1.3. 刻蚀环节
刻蚀环节用于切割子电池，激光刻蚀已经成为主流方法。钙钛矿刻蚀工 艺有机械刻蚀、金刚线刻蚀和激光刻蚀等方法，激光刻蚀具有综合成本 较低、精度高、死区小、效率高等优势，已成为钙钛矿刻蚀的主流工艺。
3.1.4. 封装环节
封装环节可以减缓钙钛矿电池稳定性破坏过程，可以分为完全覆盖封装 和边缘封装。钙钛矿电池组件对外部环境较为敏感，不利的外部环境将 加速钙钛矿层的分解，常见封装方式可以分为两种：1）完全覆盖封装， 在模块顶部制备封装层，优点是封装效果更好，但是对钙钛矿层以及其 它功能层的影响较大。2）边缘封装，在模块周围放置密封剂，优点是 减少对功能层的影响，同时对材料透光率的要求较低，但封装效果会相 应降低。
3.2. 设备种类较少，单位投资较低
钙钛矿产线主要包括 PVD、涂布、激光和封装四种设备。钙钛矿生产工 序可以分为磁控溅射/热蒸镀、反应式等离子体沉积、湿法涂布、激光刻 蚀、激光清边和封装等环节，主要应用了 PVD、涂布、激光和封装四种 设备。由于尚未形成规模，现阶段钙钛矿光伏组件的生产线投资相对较 高，极电光能 150MW 钙钛矿光伏生产线投资约 2 亿元，而协鑫光电的 100MW 钙钛矿光伏生产线投资约为 1 亿元，仍存在较大下降空间。
PVD 设备是钙钛矿产线中价值量最高的设备类型，占比约 50%。虽然 目前钙钛矿的技术路线尚未实现标准化，不同技术路线之间使用 PVD 设备和涂布设备的数量和比例不同，但是总体来看，PVD/涂布/激光/封 装设备的价值量占比分别约为 50%/20%/20%/10%。
4. 钙钛矿快速渗透带来旺盛激光设备需求
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议）
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