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钙钛矿电池之材料

发布时间:2024-01-29 来源:元禄光电

钙钛矿电池所需的材料包括封装材料和电极材料,其中TCO玻璃是核心的封装材料。从成本构成来看,玻璃及其他封装材料占比较高,占比34%,其次是电极材料(靶材),占比约30.9%。

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3.1 材料体系尚未定型,不同膜层均有多种选择

目前,钙钛矿材料体系尚未定型,不同膜层均有多种选择。

封装材料中,产业上常用的TCO导电玻璃分为ITO、FTO和AZO玻璃三类,FTO的导电性能与ITO相比稍显逊色,但具有成本低、膜层硬、光学性能适宜等优点,目前是应用于光伏玻璃领域的主流产品。AZO的光电性能与ITO相近,且AZO原材料简单易得,生产成本低,在未来产业化的进程中具备重大潜力。

在电子传输层,二氧化钛(TiO2)是较早且应用广泛的电子传输层材料,主要得益于二氧化钛与钙钛矿的能级较为匹配,能够有效实现电子传输并阻挡空穴,而且价格较为便宜,但 TiO2 制备过程中往往需要进行 500℃以上的高温烧结以提升传输性能,这一过程制约了 TiO2在柔性衬底上的应用和其产业化的进程。SnO2电导率和载流子迁移率较高,且制备温度较低,是较为理想的电子传输层材料。因此目前SnO2被产业界广泛研究,以期在产业化进程中实现对TiO2的替代。

钙钛矿吸光层采用的材料一般为有机-无机混合钙钛矿化合物前驱液,目前主流工艺多采用MAPbI3等。钙钛矿电池的原材料储备非常丰富,且配制前驱体溶液不含复杂工艺,对试剂纯度要求不高。

空穴传输层(HTL)材料可分为有机材料和无机材料两大类。产业端多采用无机材料来代替有机材料,以提升电池寿命、降低生产成本。常用的无机空穴材料包括Cu2O、CuI、CuSCN、NiOx等。无机空穴传输层还具有稳定性好、空穴迁移率高、光学带隙宽等优势,但目前HTL采用无机材料时,钙钛矿电池的效率表现不及使用有机空穴传输材料。

此外,产业端多采用铜、银等金属电极,或金属氧化物等作为电极层材料,碳电极也在尝试中。

据东吴证券测算,若2030年钙钛矿组件产量为95GW,对应钙钛矿材料市场空间28亿元,玻璃市场空间259亿元(FTO玻璃182亿元,背板玻璃77亿元),封装材料市场空间98亿元(POE胶膜及丁基胶各49亿元),靶材市场空间105亿元,玻璃及靶材因单位成本占比较高,价值量空间较大。


3.2 TCO玻璃是核心材料

TCO玻璃即透明导电氧化物镀膜玻璃,通过在平板玻璃表面镀上一层透明的导电氧化薄膜,使得玻璃具有透光和导电的作用,从而能够有效地收集光生载流子,而不能引入不必要的串联电阻,其膜材料主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料。

由于薄膜电池组件中间半导体层几乎没有横向导电性能,因此无论是薄膜电池组件还是钙钛矿电池组件,TCO导电玻璃都是必不可少的材料。目前国内TCO玻璃售价(不含税)约为60元/平米,业内人士指出,随着规模化生产以及技术提升,未来有望下降至40元/平米。以此测算,TCO玻璃的全球市场空间约为100亿元,国内市场空间约为57亿元。

目前全球TCO玻璃的供应主要集中在板硝子、旭硝子等国外企业。金晶科技已于今年建成国内一条TCO玻璃产线,另外洛阳玻璃、旗滨、南玻等企业前期均在TCO玻璃工艺、技术上有布局。

据悉,TCO玻璃的原片是超白浮法玻璃,目前具备超白浮法玻璃原片产能的企业仅10家,主要集中在南玻、金晶、旗滨、信义等头部企业,总产能约13850 T/D,由于TCO玻璃原片-超白浮法玻璃产能已严禁新增,因此没有原片产能储备的企业将更难参与TCO玻璃市场。

金晶科技(600586.SH)是目前国内唯一能够量产TCO玻璃的企业,公司现有两条年产1500万平米的TCO玻璃产线,拥有自主知识产权,另有两条原片产线储备,同时公司在马来西亚建设的1条TCO玻璃产线也有望于今年投产,预计总产能或超过6000万平米。

金晶TCO玻璃产品性能得到国内外客户的认可,已实现向国际薄膜电池巨头First Solar供货。国内方面,公司于2022年10月与国内钙钛矿电池研发生产企业纤纳光电签订《战略合作协议》,根据合作协议,公司需根据纤纳光电未来的钙钛矿扩产规划,投资建设相应的TCO玻璃产线,以满足纤纳光电的生产需求。纤纳光电未来若每增加1GW 的钙钛矿电池产能规划,公司需配套不低于500万平米/年TCO玻璃产能。国海证券预计2022-2024年公司TCO玻璃营业收入7.95亿、10.60亿、27.00亿元,毛利率36.72%、39.15%、41.11%。

此外,旗滨集团(601636.SH)早期与著名镀膜技术供应商美国阿克玛公司、英国浮法玻璃咨询公司(FGC公司)进行了TCO技术转让和合作,公司于2010年12月合2012年5月相继点火了两条TCO玻璃生产线,产能分别为600T/D和800T/D,后因公司战略转变而未实际生产TCO玻璃。公司目前仍有原片产能储备,后续若薄膜组件需求放量,公司有重新进入TCO玻璃市场的可能。


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