国泰君安证券：钙钛矿辅材前景可观重视TCO玻璃和POE胶膜的成长机会

  在钙钛矿电池产业逐步商业化落地的过程中，稳定性、光电转换效率和降本所需的大面积追求是能否实现经济性、同晶硅电池同台竞技所一定要考虑的三大因素。由于钙钛矿材料较晶硅更不稳定，对于材料本体的深刻理解和快速迭代，成为钙钛矿产业能否真正起量的重要条件。严密封装能够明显提升钙钛矿电池稳定性，可以借鉴OLED封装对钙钛矿器件加以保护。另一方面，对材料和界面的调控是解决钙钛矿稳定性的根本。

  钙钛矿辅材前景可观，重视TCO玻璃和POE胶膜的成长机会。钙钛矿电池产业链尚未成形，多层结构的材料选择多样。钙钛矿组件BOM成本中，玻璃和辅材占比高达60％，且确定性最强。随着钙钛矿组件效率及寿命提升、规模化降本提速，以TCO玻璃及POE胶膜为首的材料龙头有望通过规模化护城河迅速实现盈利增厚。TCO玻璃产业核心壁垒在产能指标控制、工艺良品率，且高度依赖规模化上量，POE行业壁垒则在原材料、催化剂及工艺部分的国外技术垄断。

  核心功能层材料小而美，合成及纯化是核心。钙钛矿电池核心功能层所用材料尚未统一，包含电子/空穴传输层材料、钙钛矿材料及所用添加剂、溶剂、钝化层材料等。相较而言，当前钙钛矿传输层材料成本占比最高，类似OLED面板行业传输层所需要的材料，合成及纯化是核心，OLED面板材料厂商具备研发及制备经验，钙钛矿行业崛起有望打造二次成长曲线。

  钙钛矿产业链初具雏形，快速迭代助力产业高质量发展。当前，制造出大面积、高效率、长稳定、高良品率的钙钛矿电池组件仍然是行业首要追求。钙钛矿电池头部企业处于百兆瓦级中试阶段，协鑫光电、纤纳光电和极电光能走在产业化前列，传统晶硅电池有突出贡献的公司纷纷布局叠层电池，锂电龙头宁德时代入局钙钛矿产业。目前头部企业产线仍处于调试探索阶段，提效稳定是破局关键。

  风险提示：钙钛矿电池技术提升没有到达预期、产业推进没有到达预期、下游应用需求不及预期。

  钙钛矿产业发展建立在对材料深刻理解上，以解决稳定性、效率、大面积三大核心。在钙钛矿真正的完成产业落地时，稳定性、效率和降本要求的大面积成为一定要考虑的因素，而三者相辅相成，又互相掣肘。这需要对钙钛矿电池的本征特性有较为深刻的理解。钙钛矿太阳电池的效率损失以及稳定性问题和电池内载流子的非辐射复合有很大关系，就钙钛矿电池的多层结构而言，非辐射复合最重要的包含体复合和界面复合，这主要是由深能级缺陷、不合理的能级排列等因素引起的。钙钛矿薄膜作为多晶薄膜，本身又具备软离子晶体的特征，虽然对杂质缺陷等有较好容忍度，但在制备过程中的快速结晶不可避免在薄膜内部和界面产生大量缺陷，成为非辐射复合的重要来源。在相同工艺条件下，对大面积的追求下，势必会造成某些缺陷，拉低转换效率和稳定能力。而对于缺陷的填补，又可能同时提升稳定性和光电转换效率。因此，对于材料本体的深刻理解、钙钛矿体系的快速迭代，成为钙钛矿产业真正的完成商业化落地必不可少的重要条件。

  钙钛矿较晶硅电池更不稳定。钙钛矿电池能否真正产业化取决于其稳定性，最重要的包含材料本征稳定性和组件稳定性。钙钛矿层作为离子晶体，同晶硅电池的分子晶体不同，粒子间离子键强较弱，且对离子大小有着严格的要求，非常小的晶格膨胀或畸变都会使材料对称性和结构稳定性大幅度降低。因此钙钛矿对热、水、氧气、光照较为敏感，例如，CH3NH3PbI3在100℃下加热20min后，会分解成PbI2、CH3CH2和HI，CH3CH2和HI挥发后剩余PbI2固体。而太阳能电池实际运用时要求85℃的耐热性，钙钛矿材料热稳定性是对其产业化发展的关键挑战。此外，电荷传输层（电子/空穴传输层）也对光照、水汽等较为敏感。

  图4：（a）钙钛矿材料在水汽氛围下的分解循环图；（b）钙钛矿材料在不同湿度下的XRD图；（c）FAPbI3在水汽下分解各阶段

  封装路径参考OLED，严密封装是解决钙钛矿器件稳定先决条件。由于钙钛矿材料对湿度、光照等条件的敏感性，钙钛矿器件对封装的要求比晶硅器件更为严格。例如，晶硅电池对水汽和氧透过率要求仅在10-1g/（m2·d）和10-1cm3/（m2·d），而钙钛矿则需要接近10-6g/（m2·d）和10-5cm3/（m2·d），接近柔性OLED显示的封装要求。因此，可以借鉴OLED行业封装对钙钛矿行业封装进行改进。当前OLED行业主要有三种封装方式：1）Frit刚性封装：即以玻璃胶作为封装材料，通过激光焊接的方法瞬间封接基板和玻璃盖板，防止空气渗入，例如三星手机主要是采用该方法，但该方法难以用于钙钛矿领域；2）Getter &； Dispenser封装，在盖着的玻璃下端有一层吸水层，四周为密封胶，将密封胶固化以完成封装。即使水透过密封胶，也能被封装结构内的getter吸收，该方法被部分钙钛矿企业应用；3）TFE（Thin Film Encapsulation）封装，该方法被认为是现实技术发展的重要方向，特别是应用于柔性、对水汽非常敏感的AMOLED中。TFE为有机无机交叉多层阻水结构，例如通过PVD、CVD、ALD等方法沉积阻水无机层、通过印刷或蒸镀制备有机缓冲层等，再用玻璃进行封装。该方法目前已经被用在多数钙钛矿企业中，并获得较好封装效果。

  1.2材料及界面是解决钙钛矿稳定性的关键，底层理解及快速迭代助力产业推进

  对核心功能层材料的理解及工艺迭代助力效率及稳定性的突破。钙钛矿材料的稳定性和效率来自于多层材料结构本身，对其结晶过程及界面调控是解决关键。例如，平整致密、晶粒尺寸大的钙钛矿薄膜是实现高效太阳电池的基础，一定要通过添加剂工程、退火工程等对结晶加以调控。也可以对ABX3更换或部分引入不同大小的离子，实现对容忍因子的调节，进而获得更具稳定晶体结构的钙钛矿材料。另一方面，降低钙钛矿材料和界面缺陷态暴露也是提高材料稳定性的核心，钙钛矿电池界面处的缺陷态浓度比薄膜体缺陷浓度高1-2个数量级。因此，例如通过界面钝化等方式减少缺陷抑制非辐射复合、形成稳定界面缓解钙钛矿降解，对提升器件稳定性至关重要。无论哪种方法，都需要对材料结构及光电转换传输机理进行深入的理解，涉及到配方的调控、工艺的调控，需要通过在实验室及产线的快速迭代加以解决。

  钙钛矿产业链亟待成形，钙钛矿辅材有望迅速增加。钙钛矿电池产业链仍处于萌芽阶段，材料可按照钙钛矿电池基本结构拆分成六大类，包括TCO玻璃、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、金属电极与封装材料。当前TCO玻璃主流材料采取使用FTO玻璃，空穴传输层以NiOx为主，钙钛矿材料则多选用FAPbI3，电子传输层主要为富勒烯及衍生物或金属氧化物（反式/正式不同），金属电极一般用金、银、铂，也可以直接通过溅射方式镀一层ITO导电，封装材料则多选用POE、丁基胶等。晶硅光伏组件BOM成本拆分中，晶硅电池片成本占据64％的高位，而钙钛矿电池组件BOM成本中，玻璃和辅材则占据60％以上份额。我们预计，随着钙钛矿组件效率及寿命的提升、规模化降本提速，玻璃和辅材在总成本中占比逐步提升，规模化放量可能将大幅增厚其盈利水平。

  导电玻璃层工艺沿袭薄膜电池行业，目前头部企业以CVD镀膜为主。导电玻璃层材料主要选择ITO或FTO，ITO玻璃一般用磁控溅射的方式镀覆，电导率高，大范围的使用在半导体面板行业；FTO玻璃一般用APCVD，可以在线或离线生产。导电性略差于ITO玻璃，常被用于如铜铟镓硒传统薄膜电池，被钙钛矿企业沿用下来，协鑫光电、纤纳光电、极电光能等均采用此方法。同ITO相比，FTO成本更低；同AZO相比，FTO虽然导电性较差，但更为稳定，适宜于钙钛矿电池在户外的长期应用。在线镀膜将镀膜工序直接放置在浮法产线的冷却工艺过程中完成，可利用玻璃窑炉余温500-600度制备，能耗更低，无需二次加工，但对工艺参数的控制难度较大，良品率低；离线镀膜灵活度更高，但需新建设备及产线。当前两路线并存，提高产线良率获得成本优势是突围关键，受钙钛矿下游需求拉动，TCO玻璃春风吹又生。

  钙钛矿电池TCO玻璃确定性最大，规模化护城河优势显著。TCO玻璃是钙钛矿材料端最确定领域，且所用FTO玻璃仅曾在薄膜电池上得以应用，随着钙钛矿电池上量，预计边际增长最明显。目前，钙钛矿领域TCO玻璃主要从玻璃厂购买FTO玻璃，以光电转换效率18％计，1GW钙钛矿约需要TCO玻璃600万平米，从钙钛矿企业供给侧考虑，预计2026年将带来1.5亿平米/年以上需求。FTO玻璃需要玻璃行业受产能指标严控，新进入者少，叠加TCO在线产能需对设备、生产线、工艺定制化设计，行业进入壁垒较高，规模化优势显著。目前，金晶科技首条年产能1500万平方米TCO玻璃产线已投产，并与头部钙钛矿企业纤纳光电、协鑫光电签订供货协议。耀皮科技也已通过从日本旭硝子处收购方式具备600t/d TCO玻璃产能。

  封装高标准带动POE需求，高壁垒亟待国产突破。由于钙钛矿材料较晶硅不稳定，对水汽、光、热等敏感度较高，对封装的要求更加严格。光伏中常用的EVA胶膜水汽透过率高，且易降解产生醋酸，腐蚀钙钛矿材料，POE胶膜成为钙钛矿电池的首要选择。和EVA相比，POE材料电阻率更高，水汽阻隔性能更优，抗老化性能突出。POE均价比EVA高20％-50％，2021年起，受N型晶硅需求拉动，二者均价呈现拉升态势。以单平米用POE 500g、钙钛矿电池光电转换效率18％计算，预计到2026年，将带来7万吨以上POE需求。当前，POE产能仍被以陶氏化学为首的海外巨头垄断，原料α-烯烃、催化剂、聚合工艺三环节受专利保护构筑其高壁垒，国内目前仅有万华化学具有中试生产能力，万华化学将在2023年实现10万吨产能，POE国产化有望加速。

  钙钛矿电池核心功能层材料分为有机与无机两类。目前主流的钙钛矿结构分为两种：太阳光从透明电极入射后先经过电子传输层的结构被称为正式结构（n-i-p），而先经过空穴传输层的结构被称为反式结构（p-i-n）。实验室下正式结构效率更加高，反式结构更为稳定，产业化路线选择取决于工艺的适配性，目前钙钛矿企业以反式结构更为主流。二者对应的电子传输层和空穴传输层材料略有差异。正式结构中，光路先通过的电子传输层以金属氧化物为主，SnO2由于无需高温烧结，易于制备大面积薄膜，可用于柔性电池制备，应用更广。空穴传输层则以有机小分子（Spiro-OMeTAD）及无机材料为主。反式结构中，光路先通过的空穴传输层材料则主要以有机聚合物（PTAA、PEDOT:PSS、P3HT等）、无机材料（NiOx），以P3HT和NiOx为主流。电子传输层则主要为富勒烯（C60）及其衍生物（PCBM）。当前常用的钙钛矿材料主要为FAPbI3，其相较于MAPbI3具有较好的光耐热性，将其溶解于DMSO和DMF的混合溶剂中，并添加少量添加剂以减少本体及界面缺陷。

  资料来源：吕凤《低成本制备高效率钙钛矿太阳能电池的研究》，徐尧等《反式p-i-n结构钙钛矿太阳能电池》，陈昊《高效反式结构钙钛矿太阳能电池》，国泰君安证券研究

  材料核心同OLED行业类似，头部企业具备先发优势。钙钛矿核心结构与OLED类似，均为“电子传输层-光电转化层-空穴传输层”，钙钛矿工作原理类似于OLED电转光的逆过程，因此钙钛矿核心传输层材料可从OLED直接迁移，且同OLED纯度要求在 6～8N 以上相比，钙钛矿材料对于杂质的容忍度高很多，仅需达到95％，OLED厂商具备钙钛矿产业迁移能力。OLED发光材料主要从化学原材料合成中间体、粗单体，通过升华提纯得到终端材料，前端工艺较为简单，后端升华提纯工艺技术壁垒较高，核心专利主要被美（UDC、陶氏化学）、日（出光兴产、住友化学）、韩（德山、斗山）、德（默克）企业垄断。国内厂商空穴层注入/传输材料、电子层注入/传输材料在国内市场供应占比 12％左右，发光层材料供应占比不足 5％。国内公司大多生产销售前端材料，如瑞联新材、濮阳惠成等，万润股份是全球主要OLED升华前单体和中间体材料供应商，于2022年上半年开始供应OLED终端材料，奥来德是国内最大终端材料供应厂商，走在行业前列。目前，奥来德已公告利用超募资金进行钙钛矿核心材料及设备的开发，万润股份已向钙钛矿电池客户送样。

  钙钛矿电池技术提升没有到达预期。当前大面积钙钛矿电池效率最高只有15％，低于当前主流晶硅电池光电转换效率。钙钛矿产业化发展有赖于通过技术进步而提高钙钛矿电池光电转换效率、长效稳定性等，以使其具备可与晶硅电池媲美的性能。如果钙钛矿电池技术提升没有到达预期，将影响其在地面电站、分布式电站等多处应用前景。

  钙钛矿电池产业链推进没有到达预期。当前钙钛矿电池尚未形成产业链，上游成本比较高，部分原料需要定制生产。钙钛矿产业的降本同样依赖于产业链的完善。如果钙钛矿电池产业链推进没有到达预期，或对钙钛矿经济性提升产生影响。

  钙钛矿电池下游应用需求没有到达预期。钙钛矿电池下游应用首先为BIPV，其次可能在地面电站、VIPV等多场景开展应用。BIPV项目的经济性及成熟度将首要影响钙钛矿电池的下游需求。其次，如果长期地面电站、VIPV等需求没有到达预期，钙钛矿产业高质量发展也可能受一定的影响。