钙钛矿电池家当链深度申报（五）：柔性钙钛矿价值初显轻质化便携性应用可期

柔性钙钛矿电池技能拓宽灵巧轻质多运用处景。
早期的钙钛矿太阳能电池紧张以刚性玻璃基底为主，Kumar等人首次于2013年宣布了柔性钙钛矿电池，图1：柔性钙钛矿电池效率上升速率显著其光电转换效率为2.62%，从此拉开柔性钙钛矿太阳能电池的序幕。
钙钛矿材料吸光能力精良，带隙可调，激子束缚能小，是颇受关注的光伏电池新技能之一。
此外，钙钛矿材料也是一种“软晶体”材料，其体积模量与剪切模量的比值超过2.0，使其具备柔性材料的力学特色，能够承受一定程度的压缩、变形和波折。
当前，实验室柔性太阳能光电转换效率达到23.6%，大面积量产效率略低于刚性钙钛矿电池。
柔性钙钛矿电池不再以透明玻璃作为基底，而转用聚合物质料或金属箔作为柔性基板，由于其轻质、灵巧等特点，可用于开拓柔性自供电电子产品、拓宽分布式光伏运用空间，并可延伸至可穿着光伏、车用光伏、空间航天运用光伏等领域。
此外，柔性钙钛矿电池家当化有望运用成熟卷对卷工艺制备，具备较高降本潜力。

图1：柔性钙钛矿电池效率上升速率显著

资料来源：CNKI，协鑫光电，大正微纳，国泰君安证券研究

图2：柔性电池实验室效率达到23.6%

资料来源：CNKI，通威股份，隆基绿能，晶科能源，华晟新能源，协鑫光电，大正微纳，国泰君安证券研究

图3：实验室端柔性钙钛矿电池效率略低于刚性钙钛矿电池

柔性钙钛矿电池紧张差异在于利用柔性聚合物基底。
柔性钙钛矿太阳能电池构造与刚性钙钛矿电池基本同等，将底部刚性玻璃基底更换为聚合物基板或金属箔等柔性基材。
目前，家当端紧张以柔性聚合物衬底为主，其波折性好、光学透明度高，化学稳定性较高，而由于大多数聚合物基底难以承受150℃以上高温，钙钛矿电池所有功能层的制备和处理工艺都必须在低温下进行，以保护基底不受到毁坏。
常用的聚合物衬底紧张包括PET、PEN、聚酰亚胺（PI）、聚碳酸酯（PC）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）和热塑性聚氨酯（TPU）。
选定基材后，再在表面沉积ITO或IZO等材料以形成高质量TCO功能层。

图4：柔性钙钛矿电池在柔性基底上制备

资料来源：CNKI《柔性钙钛矿太阳能电池的力学稳定性研究进展》

表1：常用的柔性聚合物衬底的性能参数

资料来源：CNKI《柔性钙钛矿光伏：研究进展、商业化进程和展望》

工艺与封装是柔性钙钛矿电池家当化关键。
当前，制约柔性钙钛矿太阳能电池效率提升的瓶颈紧张集中在制备工艺与封装上。
工艺端，由于柔性基底耐热性弱、表面能低且润湿性差等缺陷，柔性基底上沉积的钙钛矿薄膜常日表现出较差的晶体质量，制备大晶粒尺寸、低陷阱密度、高覆盖率和高结晶度的高质量钙钛矿薄膜是当前的紧张寻衅之一。
目前办理方案紧张聚焦于新型墨水工艺调控、新型退火工艺开拓、界面调控工艺等（图5）。
封装端，柔性钙钛矿电池须要用高阻隔封装膜来取代刚性组件中的封装玻璃，而当前高阻隔封装膜家当链不成熟、本钱较高，对薄膜封装的研究及家当化将具有主要意义（图6）。

图5：采取墨水工艺、退火工艺、界面调控以提高柔性钙钛矿电池效率

资料来源：《Multipass inkjet printed planar methylammonium lead iodide perovskite solar cells》，《Hysteresis-Suppressed High-Effi ciency Flexible Perovskite Solar Cells Using Solid-State Ionic-Liquids for Effective Electron Transport》，《柔性钙钛矿光伏：研究进展、商业化进程和展望》

图6：针对电致发光二极管的几种薄膜封装办法

叠层电池方案多样，按照底电池可分为钙钛矿-钙钛矿叠层、钙钛矿-晶硅叠层、钙钛矿-薄便捷性、轻量化特色助力降落系统本钱。
与刚性钙钛矿光伏器件比较，柔性钙钛矿光伏器件辅材及基膜占比更高，紧张由于其摒弃玻璃封装，转而用高水汽阻隔膜。
而随着该类材料家当链逐渐完善、柔性钙钛矿电池逐渐放量，远期本钱有望与刚性钙钛矿光伏器件持平。
以美国户用屋顶光伏市场为例，我们对晶硅光伏组件、柔性铜铟镓硒薄膜电池组件及柔性钙钛矿组件进行经济性测算，以100MW产线柔性产品作为测算依据，由于铜铟镓硒薄膜电池与柔性钙钛矿电池均具备轻量化特色，运输、安装、人工等本钱大幅缩减，而受材料、设备投资等成分影响，柔性钙钛矿电池组件本钱远低于柔性铜铟镓硒电池，在考虑10%利润的水平下，柔性钙钛矿电池组件价格仅需1.98美元/W，与晶硅及柔性CIGS比较经济上风显著。

膜电池（CIGS）叠层。
按照连接办法可分为两端和四端叠层。
当前，家当化紧张方向聚焦于钙钛矿-钙钛矿叠层及钙钛矿-晶硅叠层，也有部分公司率前辈行四端钙钛矿-晶硅叠层布局。

图7：柔性组件辅材及基膜占比略高

资料来源：CNKI，国泰君安证券研究

图8：柔性组件随规模化放量降本速率有望加快

注：由于柔性组件常日光电转换效率更低，因此对两组件光电转换效率假设如下：刚性组件：15%（100MW）、18%（1GW）、23%（5-10GW）；柔性组件：12%（100MW）、15%（1GW）、20%（5-10GW）

资料来源：CNKI，国泰君安证券研究

表2：美国户用光伏市场经济性测算

注：1考虑美国市场关税及中间商溢价等，所有组价价格打算均上浮20%；2以100MW产线作为测算根本

资料来源：PV infolink，NREL，国泰君安证券研究

柔性钙钛矿电池技能拓宽灵巧轻质多运用处景。
柔性钙钛矿光伏器件的可挠性和产品轻量化使其运用处景更加灵巧多样。
例如：1）对轻量化哀求较高的光伏运用领域，如老旧屋顶、高塔型建筑用光伏等；2）对运输安装人工本钱更敏感光伏运用领域，如户用屋顶光伏、户用立面光伏等一系列BAPV场景；3）对价格较不敏感的电子消费类领域：如电子标签、便携式充电装置、可穿着光伏产品等。
当前钙钛矿电池效率和寿命与晶硅光伏产品仍存在一定差距，柔性钙钛矿与刚性光伏电池下贱场景形成互补之势，且对性能、本钱的哀求可能更为宽容，有望助力柔性钙钛矿电池家当化推进。

2030年钙钛矿户用光伏市场规模有望打破180亿元。
当前，具备柔性特色的薄膜电池在美国户用市场已表示出吸引力。
以薄膜电池龙头First solar为例，受下贱火爆市场需求拉动，近年产能迅速拉动，2023年估量产能同比提升33%以上，估量2026年产能将达到21.4GW。
新增在手订单数量提升显著，2022年达到48GW，估量远期总订单量将达到78.3GW。
对First solar收入进行拆分，2022年美国市场霸占87%紧张市场。
我们预测，利用柔性钙钛矿轻量化上风，钙钛矿电池有望在户用光伏市场率先起量，且在美国等人力安装本钱较高地区显现出经济型。
我们对环球钙钛矿户用光伏细分领域市场规模进行测算，假设美国/欧洲/日本渗透率在2030年分别达到17%/8%/13%/，柔性钙钛矿电池出货有望达到25GW，以0.7元/W进行测算，2030年钙钛矿户用光伏市场规模有望打破180亿元。

图9：柔性钙钛矿运用处景多样

资料来源：公司官网，国泰君安证券研究

图10：First Solar在手订单数量显著提升

注：2023年新增在手订单统计截至日为2023Q2。

资料来源：First solar年报，国泰君安证券研究

图11：First Solar净发卖额中美国占比87%

资料来源：First solar年报，国泰君安证券研究

表3：环球钙钛矿户用光伏市场规模测算

资料来源：SEIA，SPE，国家能源局，国泰君安证券研究

湿法涂布是当前柔性器件家当化选择，卷对卷工艺为远期目标。
柔性钙钛矿器件制备工艺与刚性器件基本同等。
目前，多先将柔性基底通过PDMS等黏粘层粘附在玻璃上，使柔性基底和玻璃表面形成保型打仗，再在其上制备其他功能层，制备完成后，将钙钛矿器件剥离下来。
该方法可以办理超薄轻质薄膜上的加工可行性，又使得兼容大面积和高质量钙钛矿干系各层沉积工艺变得大略易行。
在制备过程中，湿法涂布技能与干法涂布技能均可利用，本钱及效率为终极考虑关键，目前柔性钙钛矿厂商如大正微纳采取全湿法涂布。
中长期看，柔性器件可通过连续卷对卷工艺制备，有望加快生产节奏、实现自动化、集成化、高效化。
但在大面积制备时，如何提升功能层致密度、减少功能层材料在不同的应力变革下粘附-剥离等核心问题仍有待办理。

工艺制约在界面调控与基底选择。
受传统柔性基底无法耐受150℃以上高温的影响，器件制备需在较低的温度下进行，但这会对钙钛矿材料的成膜过程造成影响。
诸如柳木玻璃、聚酰亚胺等材料能够办理柔性器件对付高温的敏感性，然后局限性在于他们的弯折性较弱，可能在卷对卷工艺中效果会大打折扣。
此外，由于薄膜器件各功能层间热膨胀系数存在较大差异，受不同工艺段温度哀求的不同，可能引起界面间的毛病和微裂纹，影响器件稳定性及光电转换效率。
因此，开拓高质量功能层的低温加工工艺或提高衬底耐高温属性十分关键。

图12：柔性组件随规模化放量降本速率有望加快

资料来源：CNKI，国泰君安证券研究

图13：柔性组件随规模化放量降本速率有望加快

资料来源：CNKI，国泰君安证券研究

表4：钙钛矿电池涂布设备企业布局动态一览

资料来源：公司公告，国泰君安证券研究

柔性基底对激光哀求更高。
钙钛矿电池须要通过激光划线实现串联，受柔性钙钛矿材料、大面积器件影响，钙钛矿对激光刻蚀精度哀求更高，1m2m幅面须要掌握切割精度在10um以下。
而由于柔性器件基底对付激光更为敏感，易产生脱落裂开，对刻蚀精度及能量频率提出更高的哀求，工艺条件差异于刚性的硅半导体、面板等领域，激光设备须要激光企业同钙钛矿企业互助开拓。

图14：钙钛矿电池激光划线工序

资料来源：信息技能与标准化《钙钛矿太阳能电池的家当化进程与展望》

表5：钙钛矿电池激光设备企业布局动态一览

资料来源：公司公告，国泰君安证券研究

柔性钙钛矿封装追求性价比。
柔性钙钛矿电池对封装提出更高哀求，POE胶膜+丁基胶封边形式或不再知足稳定性哀求。
柔性钙钛矿器件一样平常通过高阻隔膜+POE胶膜的层压工艺制备，在个别更高哀求运用领域，则须要参考柔性OLED封装办法。
当前，柔性OLED多采取无机层+有机层+无机层多层叠加的TFE封装办法，有机层用INK材料通过喷墨打印进行。
考虑到钙钛矿器件对付本钱的敏感性及水汽的哀求稍低，其可能采取ALD/PECVD+层压的办法封装，且仅需一层无机层+一层有机层即可基本达到水汽阻隔哀求。
根据专利表露，大正微纳采取柔性PDMA、PDMS、PET等作为封装材料，将有机硅胶均匀地铺设于封装材料和钙钛矿电池之间再进行固化。
华能研究院采取两层的方法，通过甲基丙烯酸甲酯‑丙烯酸正丁酯共聚物层和氧化铝层加以密封橡胶对柔性钙钛矿器件进行封装。
由于柔性钙钛矿家当链尚未形成，具备面板封装材料生产履历的厂商具备先发上风。
目前，奥来德薄膜封装材料已实现稳定供货，打入头部OLED厂商。
鼎龙股份OLED柔性封装材料正在进行开拓验证及下贱推广。
此外，万顺新材也具备面板用高阻隔膜生产能力。

图15：钙钛矿电池封装哀求更类似于OLED

资料来源：Polymer《Films Containing Amide Moieties》

图16：（a）柔性钙钛矿封装构造示意图；（b）不同材料水蒸气透过率示意图

资料来源：《柔性钙钛矿光伏：研究进展、商业化进程和展望》

表6：柔性钙钛矿封装办法分为单层和两层封装

资料来源：中国专利局，国泰君安证券研究

表7：柔性OLED封装材料及高阻隔膜企业布局动态一览

资料来源：公司公告，国泰君安证券研究

柔性钙钛矿迈入家当化，多企业开启100MW产线培植。
当前，柔性钙钛矿厂商大正微纳目前已经培植完成MW级柔性钙钛矿产线中试，估量于2023年投资培植百MW级柔性钙钛矿组件生产基地。
柔性电池组件具有高柔性、轻重量、便携性等优点，在未来的可穿着电源和与架构集成领域具备较大潜力。
当前，钙钛矿电池家当化节奏较快，包括协鑫光电、纤纳光电、极电光能在内的多家企业百MW级钙钛矿电池产线已建成投产，多厂商开启百MW级产线培植，如众能光电、无限光能、脉络能源、光晶能源等。
光伏上市公司多选择晶硅-钙钛矿叠层路线。
隆基绿能在商业级绒面CZ硅片上实现了钙钛矿-晶硅叠层电池33.5%的转换效率，通威股份小尺寸钙钛矿-晶硅叠层电池实验室第三方认证效率达到27.19%。
目前，叠层电池也向百MW级迈进。

表8：钙钛矿电池企业布局动态一览

资料来源：公司公告，国泰君安证券研究

柔性钙钛矿电池下贱需求不及预期。
柔性钙钛矿电池下贱运用依赖于户用光伏、电子消费类产品用光伏的兴起。
如果下贱需求不及预期，柔性钙钛矿家当化推进也将受到影响。

柔性钙钛矿电池技能提升不及预期。
当前柔性钙钛矿电池效率只超过10%。
如果钙钛矿电池技能提升不及预期，或使下贱运用经济性难以表示，从而影响钙钛矿电池规模化上量。

钙钛矿电池家当链推进不及预期。
当前钙钛矿电池尚未形成家当链，上游本钱较高，部分质料须要定制生产。
钙钛矿家当的降本同样依赖于家当链的完善。
如果钙钛矿电池家当链推进不及预期，或对钙钛矿经济性提升产生影响。