国泰君安证券：钙钛矿辅材远景可观注重TCO玻璃和POE胶膜的生长时机
原标题：国泰君安证券：钙钛矿辅材远景可观，注重TCO玻璃和POE胶膜的生长时机
资料是钙钛矿工业展开中心，处理安稳性、功率、面积三大中心。在钙钛矿电池工业逐渐商业化落地的进程中，安稳性、光电转化功率和降本所需的大面积寻求是能否完结经济性、同晶硅电池同台竞技所有必要考虑的三大要素。因为钙钛矿资料较晶硅更不安稳，关于资料本体的深化了解和快速迭代，成为钙钛矿工业能否真实起量的重要条件。紧密封装能够显着进步钙钛矿电池安稳性，能够参阅OLED封装对钙钛矿器材加以维护。另一方面，对资料和界面的调控是处理钙钛矿安稳性的底子。
钙钛矿辅材远景可观，注重TCO玻璃和POE胶膜的生长时机。钙钛矿电池工业链没有成形，多层结构的资料挑选多样。钙钛矿组件BOM本钱中，玻璃和辅材占比高达60％，且确认性最强。跟着钙钛矿组件功率及寿数进步、规模化降本提速，以TCO玻璃及POE胶膜为首的资料龙头有望经过规模化护城河敏捷完结盈余增厚。TCO玻璃工业中心壁垒在产能目标操控、工艺良品率，且高度依靠规模化上量，POE职业壁垒则在原资料、催化剂及工艺部分的国外技能独占。
中心功用层资料小而美，组成及纯化是中心。钙钛矿电池中心功用层所用资料没有一致，包含电子/空穴传输层资料、钙钛矿资料及所用增加剂、溶剂、钝化层资料等。相较而言，当时钙钛矿传输层资料本钱占比最高，相似OLED面板职业传输层所需资料，组成及纯化是中心，OLED面板资料厂商具有研制及制备经历，钙钛矿职业兴起有望打造二次生长曲线。
钙钛矿工业链初具雏形，快速迭代助力工业展开。当时，制造出大面积、高功率、长安稳、高良品率的钙钛矿电池组件仍然是职业首要寻求。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工业化前列，传统晶硅电池龙头企业纷繁布局叠层电池，锂电龙头宁德时代入局钙钛矿工业。现在头部企业产线仍处于调试探究阶段，提效安稳是破局要害。
危险提示：钙钛矿电池技能进步不及预期、工业推动不及预期、下流使用需求不及预期。
钙钛矿工业展开树立在对资料深化了解上，以处理安稳性、功率、大面积三大中心。在钙钛矿真实完结工业落地时，安稳性、功率和降本要求的大面积成为有必要考虑的要素，而三者相得益彰，又相互掣肘。这需求对钙钛矿电池的本征特性有较为深化的了解。钙钛矿太阳电池的功率丢失以及安稳性问题和电池内载流子的非辐射复合有很大联系，就钙钛矿电池的多层结构而言，非辐射复合首要包含体复合和界面复合，这首要是由深能级缺点、不合理的能级摆放等要素引起的。钙钛矿薄膜作为多晶薄膜，自身又具有软离子晶体的特征，尽管对杂质缺点等有较好忍受度，但在制备进程中的快速结晶不可避免在薄膜内部和界面发生许多缺点，成为非辐射复合的重要来历。在相同工艺条件下，对大面积的寻求下，势必会构成某些缺点，拉低转化功率和安稳性。而关于缺点的添补，又或许一起进步安稳性和光电转化功率。因而，关于资料本体的深化了解、钙钛矿系统的快速迭代，成为钙钛矿工业真实完结商业化落地必不可少的重要条件。
钙钛矿较晶硅电池更不安稳。钙钛矿电池能否真实工业化取决于其安稳性，首要包含资料本征安稳性和组件安稳性。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，且对离子巨细有着严厉的要求，十分小的晶格胀大或畸变都会使资料对称性和结构安稳性大幅下降。因而钙钛矿对热、水、氧气、光照较为灵敏，例如，CH3NH3PbI3在100℃下加热20min后，会分化成PbI2、CH3CH2和HI，CH3CH2和HI蒸发后剩下PbI2固体。而太阳能电池实践运用时要求85℃的热安稳性，钙钛矿资料热安稳性是对其工业化展开的要害应战。此外，电荷传输层（电子/空穴传输层）也对光照、水汽等较为灵敏。
图4：（a）钙钛矿资料在水汽氛围下的分化循环图；（b）钙钛矿资料在不同湿度下的XRD图；（c）FAPbI3在水汽下分化各阶段
封装途径参阅OLED，紧密封装是处理钙钛矿器材安稳先决条件。因为钙钛矿资料对湿度、光照等条件的灵敏性，钙钛矿器材对封装的要求比晶硅器材更为严厉。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），而钙钛矿则需求挨近10-6g/（m2·d）和10-5cm3/（m2·d），挨近柔性OLED显现的封装要求。因而，能够参阅OLED职业封装对钙钛矿职业封装进行改善。当时OLED职业首要有三种封装办法：1）Frit刚性封装：即以玻璃胶作为封装资料，经过激光焊接的办法瞬间封接基板和玻璃盖板，避免空气进入，例如三星手机首要选用该办法，但该办法难以用于钙钛矿范畴；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，将密封胶固化以完结封装。即便水透过密封胶，也能被封装结构内的getter吸收，该办法被部分钙钛矿企业使用；3）TFE（Thin Film Encapsulation）封装，该办法被认为是实际技能展开的重要方向，特别是使用于柔性、对水汽十分灵敏的AMOLED中。TFE为有机无机穿插多层阻水结构，例如经过PVD、CVD、ALD等办法堆积阻水无机层、经过印刷或蒸镀制备有机缓冲层等，再用玻璃进行封装。该办法现在现已被用在大都钙钛矿企业中，并取得较好封装作用。
1.2资料及界面是处理钙钛矿安稳性的要害，底层了解及快速迭代助力工业推动
对中心功用层资料的了解及工艺迭代助力功率及安稳性的打破。钙钛矿资料的安稳性和功率来自于多层资料结构自身，对其结晶进程及界面调控是处理要害。例如，平坦细密、晶粒尺度大的钙钛矿薄膜是完结高效太阳电池的根底，需求经过增加剂工程、退火工程等对结晶加以调控。也能够对ABX3替换或部分引进不同巨细的离子，完结对忍受因子的调理，从而取得更具安稳晶体结构的钙钛矿资料。另一方面，下降钙钛矿资料和界面缺点态露出也是进步资料安稳性的中心，钙钛矿电池界面处的缺点态浓度比薄膜体缺点浓度高1-2个数量级。因而，例如经过界面钝化等办法削减缺点按捺非辐射复合、构成安稳界面缓解钙钛矿降解，对进步器材安稳性至关重要。不管哪种办法，都需求对资料结构及光电转化传输机理进行深化的了解，涉及到配方的调控、工艺的调控，需求经过在实验室及产线的快速迭代加以处理。
钙钛矿工业链亟待成形，钙钛矿辅材有望快速增加。钙钛矿电池工业链仍处于萌发阶段，资料可依照钙钛矿电池根本结构拆分红六大类，包含TCO玻璃、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、金属电极与封装资料。当时TCO玻璃干流资料选用FTO玻璃，空穴传输层以NiOx为主，钙钛矿资料则多选用FAPbI3，电子传输层首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，也能够直接经过溅射办法镀一层ITO导电，封装资料则多选用POE、丁基胶等。晶硅光伏组件BOM本钱拆分中，晶硅电池片本钱占有64％的高位，而钙钛矿电池组件BOM本钱中，玻璃和辅材则占有60％以上比例。咱们估计，跟着钙钛矿组件功率及寿数的进步、规模化降本提速，玻璃和辅材在总本钱中占比进一步进步，规模化放量或许将大幅增厚其盈余水平。
导电玻璃层工艺沿袭薄膜电池职业，现在头部企业以CVD镀膜为主。导电玻璃层资料首要挑选ITO或FTO，ITO玻璃一般用磁控溅射的办法镀覆，电导率高，广泛用于半导体面板职业；FTO玻璃一般用APCVD，能够在线或离线出产。导电性略差于ITO玻璃，常被用于如铜铟镓硒传统薄膜电池，被钙钛矿企业沿袭下来，协鑫光电、纤纳光电、极电光能等均选用此办法。同ITO比较，FTO本钱更低；同AZO比较，FTO尽管导电性较差，但更为安稳，适宜于钙钛矿电池在户外的长时间使用。在线镀膜将镀膜工序直接放在浮法产线的冷却工艺进程中完结，可使用玻璃窑炉余温500-600度制备，能耗更低，无需二次加工，但对工艺参数的操控难度较大，良品率低；离线镀膜灵敏度更高，但需新建设备及产线。当时两道路并存，进步产线良率取得本钱优势是包围要害，受钙钛矿下流需求拉动，TCO玻璃春风吹又生。
钙钛矿电池TCO玻璃确认性最大，规模化护城河优势显着。TCO玻璃是钙钛矿资料端最确认范畴，且所用FTO玻璃仅曾在薄膜电池上得以使用，跟着钙钛矿电池上量，估计边沿增加最为显着。现在，钙钛矿范畴TCO玻璃首要从玻璃厂购买FTO玻璃，以光电转化功率18％计，1GW钙钛矿约需求TCO玻璃600万平米，从钙钛矿企业供给侧考虑，估计2026年将带来1.5亿平米/年以上需求。FTO玻璃需求玻璃职业受产能目标严厉操控，新进入者少，叠加TCO在线产能需对设备、出产线、工艺定制化规划，职业进入壁垒较高，规模化优势显着。现在，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、协鑫光电签定供货协议。耀皮科技也现已过从日本旭硝子处收买办法具有600t/d TCO玻璃产能。
封装高标准带动POE需求，高壁垒亟待国产打破。因为钙钛矿资料较晶硅不安稳，对水汽、光、热等灵敏度较高，对封装的要求愈加严厉。光伏中常用的EVA胶膜水汽透过率高，且易降解发生醋酸，腐蚀钙钛矿资料，POE胶膜成为钙钛矿电池的首要挑选。和EVA比较，POE资料电阻率更高，水汽隔绝功用更优，抗老化功用杰出。POE均价比EVA高20％-50％，2021年起，受N型晶硅需求拉动，二者均价出现拉升态势。以单平米用POE 500g、钙钛矿电池光电转化功率18％核算，估计到2026年，将带来7万吨以上POE需求。当时，POE产能仍被以陶氏化学为首的海外巨子独占，质料α-烯烃、催化剂、聚合工艺三环节受专利维护构筑其高壁垒，国内现在仅有万华化学具有中试出产才能，万华化学将在2023年完结10万吨产能，POE国产化有望加快。
钙钛矿电池中心功用层资料分为有机与无机两类。现在干流的钙钛矿结构分为两种：太阳光从通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）。实验室下正式结构功率更高，反式结构更为安稳，工业化道路挑选取决于工艺的适配性，现在钙钛矿企业以反式结构更为干流。二者对应的电子传输层和空穴传输层资料略有差异。正式结构中，光路先经过的电子传输层以金属氧化物为主，SnO2因为无需高温烧结，易于制备大面积薄膜，可用于柔性电池制备，使用更广。空穴传输层则以有机小分子（Spiro-OMeTAD）及无机资料为主。反式结构中，光路先经过的空穴传输层资料则首要以有机聚合物（PTAA、PEDOT:PSS、P3HT等）、无机资料（NiOx），以P3HT和NiOx为干流。电子传输层则首要为富勒烯（C60）及其衍生物（PCBM）。当时常用的钙钛矿资料首要为FAPbI3，其相较于MAPbI3具有较好的光热安稳性，将其溶解于DMSO和DMF的混合溶剂中，并增加少数增加剂以削减本体及界面缺点。
资料来历：吕凤《低本钱制备高功率钙钛矿太阳能电池的研讨》，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》，国泰君安证券研讨
资料中心同OLED职业相似，头部企业具有先发优势。钙钛矿中心结构与OLED相似，均为“电子传输层-光电转化层-空穴传输层”，钙钛矿作业原理相似于OLED电转光的逆进程，因而钙钛矿中心传输层资料可从OLED直接搬迁，且同OLED纯度要求在 6～8N 以上比较，钙钛矿资料关于杂质的忍受度高许多，仅需到达95％，OLED厂商具有钙钛矿工业搬迁才能。OLED发光资料首要从化学原资料组成中间体、粗单体，经过进步提纯得到终端资料，前端工艺较为简略，后端进步提纯工艺技能壁垒较高，中心专利首要被美（UDC、陶氏化学）、日（出光兴产、住友化学）、韩（德山、斗山）、德（默克）企业独占。国内厂商空穴层注入/传输资料、电子层注入/传输资料在国内市场供给占比 12％左右，发光层资料供给占比缺乏 5％。国内公司大多出产出售前端资料，如瑞联新材、濮阳惠成等，万润股份是全球首要OLED进步前单体和中间体资料供给商，于2022年上半年开端供给OLED终端资料，奥来德是国内最大终端资料供给厂商，走在职业前列。现在，奥来德已公告使用超募资金进行钙钛矿中心资料及设备的开发，万润股份已向钙钛矿电池客户送样。
钙钛矿电池技能进步不及预期。当时大面积钙钛矿电池功率最高只要15％，低于当时干流晶硅电池光电转化功率。钙钛矿工业化展开有赖于经过技能进步而进步钙钛矿电池光电转化功率、长效安稳性等，以使其具有可与晶硅电池比美的功用。假如钙钛矿电池技能进步不及预期，将影响其在地上电站、分布式电站等多处使用远景。
钙钛矿电池工业链推动不及预期。当时钙钛矿电池没有构成工业链，上游本钱较高，部分质料需求定制出产。钙钛矿工业的降本相同依靠于工业链的完善。假如钙钛矿电池工业链推动不及预期，或对钙钛矿经济性进步发生影响。
钙钛矿电池下流使用需求不及预期。钙钛矿电池下流使用首先为BIPV，其次或许在地上电站、VIPV等多场景展开使用。BIPV项目的经济性及成熟度将首要影响钙钛矿电池的下流需求。其次，假如长时间地上电站、VIPV等需求不及预期，钙钛矿工业展开也或许受到影响。