钙钛矿是以俄罗斯矿物学家Perovski的名字命名的，最初单指钛酸钙（CaTiO3）这种矿物，后来把结构为ABX3以及与之类似的晶体统称为钙钛矿物质。在此之后，钙钛矿优异的性质被充分研究挖掘，成为了具有明显优势的第三代光伏技术。经过不断研究，钙钛矿电池效率也在快速攀升，并涌现出了多种技术路线，使其具备了未来挑战晶硅光伏电池主导地位的实力。

下面我们将从钙钛矿材料的概念入手，了解其作用、优势及工作原理，并针对钙钛矿电池行业的产业链进行分析，详细梳理钙钛矿电池的原料、技术路线、制备工艺、生产设备以及应用场景等内容，深度解析钙钛矿的产业发展。

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行业概述

1、钙钛矿材料

钙钛矿是一类具有ABX3分子结构的晶体总称，可用于制备钙钛矿太阳能电池。钙钛矿结构的化学通式中A位一般为原子半径较小的阳离子（如Cs+、MA+、FA+等），B位为原子半径较大的过渡金属离子（如Sn2+、Pb2+等），X为卤素阴离子（I-、Br-、Cl-等）。钙钛矿材料拥有优越的电荷传输性质、长载流子扩散距离、全光谱吸收和高吸光系数，因而可以有效吸收太阳光并高效地产生光生载流子，同时减少在光电转换过程中的能量损失，是较为理想的光电材料。

2、钙钛矿为优势明显的第三代光伏技术

从1954年光伏电池诞生世界头一块太阳能电池，光伏电池技术迭代已经走过三代：

（1）初代是以晶硅为主的太阳能电池，主要应用场景为集中式光伏电站，目前技术较为成熟，但光电转化效率已经接近上限，提效降本空间较为有限，边际成本大幅升高。

（2）第二代以薄膜太阳能电池为主，典型代表为铜铟镓硒（CIGS）、碲化镉（CdTe）太阳能电池，主要应用场景为分布式光伏，实验室小面积试件光电转化效率高于晶硅电池，但实际应用中光电转化效率低于晶硅，且造价较为昂贵。

（3）第三代为新型太阳能电池，主要包括：钙钛矿电池、染料敏化电池和量子点电池。

第三代钙钛矿电池为新型化合物薄膜太阳能电池，具备第二代薄膜电池效率提升速率快、成本低、材料可设计性强的优势，同时随着商业化推进，有望弥补第二代面临的量产表现与理论优势条件差距大的问题。

3、钙钛矿电池工作原理

钙钛矿电池主要由以下五个功能层组成：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。钙钛矿作为一种半导体材料，会产生光生伏特效应，即半导体在光照下会产生电动势。在光照条件下，钙钛矿化合物吸收光子，在吸收光子后其价带电子会跃迁至导带，导带电子随后被注入到TiO2的导带，然后被传输到FTO，与此同时空穴传输至有机空穴传输层（HTL），从而电子-空穴对分离，在接通外电路时，电子与空穴的移动产生电流。

4、钙钛矿优势明显，产业化潜力十足

第三代新型电池中，钙钛矿拥有载流子寿命长、带隙（半导体可以吸收的较低能量）可调、光吸收单位宽等优势，钙钛矿电池的应用有单结和叠层两个技术方向。

钙钛矿电池相对于晶硅电池效率上限更高。钙钛矿电池具备高光吸收系数、受温差影响小，光电损失少。典型的甲胺铅碘（CH3NH3PbI3）钙钛矿带隙为1.55eV，接近较好带隙，单结效率实验室效率已突破至25%以上，效率上限可达30%以上。而晶硅电池效率上限难以突破30%。并且钙钛矿材料带隙可调节，与晶硅叠层，理论效率更高。用1.12eV带隙的晶硅电池与1.73eV钙钛矿电池串联，可以保证太阳光谱照射的较好分布吸收，理论效率超过43%。

钙钛矿电池相对于晶硅电池成本更低。钙钛矿组件目前产能投资略低于晶硅组件，约为5-7亿元/GW，未来成熟后有进一步下降空间，而晶硅组件产能投资需要7.5亿元。GW级别量产，钙钛矿材料占比3.1%，组件成本小于1.0元/W，5-10级别量产，组件成本可降至0.5-0.5元/W。

钙钛矿电池相对晶硅电池具备高弱光效应。钙钛矿材料在可见光范围吸收系数可以达到105cm-1，具备高光捕获能力；并且电池带隙，接近弱光下电池较高效率所需带隙，因此在阴雨天气和日出日落等弱光环境均能工作。

钙钛矿电池下游应用领域广阔。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幕墙和屋顶，此外也是光伏车顶的优良材料。