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钙钛矿电池
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张子璇
张子璇·头豹分析师
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行业定义
钙钛矿太阳能电池(PSCs)是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池,属于第三代太阳能电池。钙钛矿电池结构简单,以反型平面钙钛矿电池为例,自下往上依次为:玻璃、透明电极(FTO或ITO)、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、金属电极。目前,钙钛矿太阳能电池世界最高光电转换效率记录已达到25.2%,钙钛矿与晶硅叠层电池的效率已经达到了29.15%。2009年,日本科学家Tsutomu Miyasaka率先将钙钛矿材料用于染料敏化太阳能电池作为吸光材料,获得了3.8%的光电转化效率,自此之后,钙钛矿电池成为国内外顶尖高校实验室研究的目标
AI访谈
行业分类
按照结构划分,钙钛矿太阳能电池可以分为介孔型和平面型,介孔结构的介质层不适宜投入量产;正式平面结构效率更高;反式平面结构电池性能突出,成为主流结构
AI访谈
行业特征
性能方面:钙钛矿电池极限转换效率优势突出,远高于晶硅、HJT、TOPCon,且其能带间隙可调节,因此可进一步优化性能和拓展应用场景,此外,其有望将弱光充分利用起来进行发电。成本方面:钙钛矿电池的制程耗时仅需45分钟,且仅在单一工厂即可完成组件,且钙钛矿电池产能投资额仅为晶硅的一半,此外钙钛矿原材料对杂质不敏感,容易获得,用量少,成本优势明显。制约因素:钙钛矿电池具备更高的转换率和更低的成本,因此被寄予厚望,但也存在稳定性差、大面积制备较难以及环境污染等问题,钙钛矿电池还需要时间将各种问题有效解决,加快产业进度
AI访谈
发展历程

钙钛矿电池行业

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行业规模
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政策梳理
钙钛矿电池行业
相关政策 4篇
AI访谈
竞争格局
钙钛矿行业仍处于创新萌芽期,各大企业纷纷探索商业化之路。现阶段,钙钛矿太阳能电池产能已有初步规划,并开始逐步投产试验线,相关的国产设备供应商将有望率先受到辐射,大族激光、捷佳伟创、京山轻机、迈为股份等钙钛矿电池各细分环节专业设备企业将有望实现业绩腾飞。虽然大族激光的专利数量遥遥领先,但其在光伏设备的营业收入和每股收益表现较差,而捷佳伟创、京山轻机、迈为股份在光伏领域的营业收入、净利润、技术专利、每股收益等指标均表现良好,均衡发展。中国钙钛矿电池厂商大多规模较小,尚未上市,竞争较为分散,但产业化进度快,龙头企业纤纳光电、协鑫光电和极电光能已处于接近或开启商业化探索阶段
AI访谈数据图表
摘要
钙钛矿的命名来自于俄罗斯矿物学家Perovski的名字,1839年,德国科学家Gustav Rose在俄国考察中在乌拉尔山脉发现元素组成为CaTiO₃矿物,为纪念俄国矿物学家Lev Alekseyevich von Perovski,Gustav Rose将该矿物命名为“Perovskite”。钙钛矿最初是单质钛酸钙( CaTiO₃ )这种矿物,后来则将结构为ABX₃以及与之相似的晶体统称为钙钛矿物质,所以钙钛矿太阳能电池中既没有钙也没有钛。在钙钛矿八面体结构中,A属于较大的阳离子,B属于较小的阳离子,X是阴离子,每个A离子都被B和X离子一起构成的八面体包围。由于钙钛矿光吸收系数高、载流子迁移率大、合成办法简单等优点,钙钛矿材料被认为是下一代最具前景的光电材料之一。本文聚焦于中国钙钛矿电池发展,将解答以下几个问题:(1)钙钛矿电池的核心亮点是什么?(2)哪些因素制约了钙钛矿电池的发展?(3)钙钛矿电池的产业链覆盖了哪些行业? 钙钛矿电池的核心亮点:钙钛矿电池极限转换效率优势突出,远高于晶硅、HJT、TOPCon,且其能带间隙可调节,因此可进一步优化性能和拓展应用场景,此外,其有望将弱光充分利用起来进行发电。 钙钛矿电池的制程耗时仅需45分钟,且仅在单一工厂即可完成组件,且钙钛矿电池产能投资额仅为晶硅的一半,此外钙钛矿原材料对杂质不敏感,容易获得,用量少,成本优势明显。 制约钙钛矿电池的发展的因素: 钙钛矿电池具备更高的转换率和更低的成本,因此被寄予厚望,但也存在稳定性差、大面积制备较难以及环境污染等问题,钙钛矿电池还需要时间将各种问题有效解决,加快产业进度。 钙钛矿电池产业链覆盖的行业: 钙钛矿太阳能电池制备工序较简单,产业链较短,上游主要是钙钛矿原材料和制造设备;中游以钙钛矿电池制造商为主,钙钛矿电池仍处于试产筹划阶段;下游以光伏和电动车应用为主
钙钛矿电池行业定义
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AI专家访谈专家访谈
Prompt
钙钛矿电池(perovskite solar cell)是一种新型的太阳能电池,其光电转换效率高,成本低,具有广阔的应用前景。在不同的场合下,人们对钙钛矿电池的定义有所不同。 一般来说,最常用的定义是指一种基于钙钛矿材料制备的太阳能电池,其光电转换效率高达20%以上,且可以在低光强下工作。这种电池通常由多个层次组成,包括透明导电电极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和反射层等。通过这些层次的设计和调控,可以实现优异的光电转换效率和稳定性。 除此之外,还有一些其他的定义。比如,有些人认为,钙钛矿电池应该是一种有机-无机杂化太阳能电池,具有优良的光电特性和制备工艺。还有些人将钙钛矿电池定义为一种新型的薄膜太阳能电池,可以在便携式电子设备、建筑物外墙等多个领域得到广泛应用。 这些定义之间的区别和差异,主要在于对钙钛矿电池的材料、制备工艺和应用范围的理解。不同的定义强调的方面不同,但共同点是都认为钙钛矿电池是一种优异的太阳能电池,具有重要的应用前景,并且在不同的领域都能发挥重要作用。
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钙钛矿太阳能电池(PSCs)是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池,属于第三代太阳能电池。钙钛矿电池结构简单,以反型平面钙钛矿电池为例,自下往上依次为:玻璃、透明电极(FTO或ITO)、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、金属电极。目前,钙钛矿太阳能电池世界最高光电转换效率记录已达到25.2%,钙钛矿与晶硅叠层电池的效率已经达到了29.15%。2009年,日本科学家Tsutomu Miyasaka率先将钙钛矿材料用于染料敏化太阳能电池作为吸光材料,获得了3.8%的光电转化效率,自此之后,钙钛矿电池成为国内外顶尖高校实验室研究的目标
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1:https://mp.weixin.qq.com/s/pfhF84-sFoTgbIaIUHBGCg
2:https://new.qq.com/rain/a/20220215A01V5R00
3:https://www.solarbe.com/special/2019gaitaikuang/pc/
4:https://mp.weixin.qq.com/s/z4i0De541D_wXuSzA01sjQ
5:来源:二手信息
钙钛矿电池行业分类
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钙钛矿电池是一种新型太阳能电池,由于其高转换效率、低成本、长寿命等优点,近年来备受关注。根据不同的分类标准,钙钛矿电池可以被分为不同的类型。本文将选取最主流的分类标准,对钙钛矿电池行业进行分类,并描述各分类典型内容,补充分析各特点和差异。 分类标准:材料类型 钙钛矿电池的材料类型可以分为三类:无机钙钛矿电池、有机-无机混合钙钛矿电池和有机钙钛矿电池。 1. 无机钙钛矿电池 无机钙钛矿电池是最早被发现并研究的钙钛矿电池,由钙钛矿材料(如CH3NH3PbI3)作为光敏材料,TiO2作为电子传输材料,以及电解质和电极组成。无机钙钛矿电池具有高光电转换效率、稳定性好等优点,但由于其制备过程复杂,制备成本较高,因此在大规模商业应用方面存在一定的局限性。 2. 有机-无机混合钙钛矿电池 有机-无机混合钙钛矿电池是将有机物质(如甲基苯胺)掺杂到无机钙钛矿中,形成有机-无机混合物,作为光敏材料。与无机钙钛矿电池相比,有机-无机混合钙钛矿电池的制备过程更简单,成本更低,但其稳定性与光电转换效率相对较低。 3. 有机钙钛矿电池 有机钙钛矿电池是将有机物质(如聚合物)作为光敏材料,与电解质和电极结合而成。相对于无机钙钛矿电池和有机-无机混合钙钛矿电池,有机钙钛矿电池的制备过程更简单,成本更低,但其稳定性与光电转换效率较低。 总结 不同类型的钙钛矿电池具有各自的特点和优势。无机钙钛矿电池具有高光电转换效率和优异的稳定性,但成本较高;有机-无机混合钙钛矿电池制备简单、成本低,但稳定性和光电转换效率相对较低;有机钙钛矿电池制备简单、成本低,但稳定性和光电转换效率较低。因此,在实际应用中应根据需求选择相应的电池类型。
开通头豹会员
按照结构划分,钙钛矿太阳能电池可以分为介孔型和平面型,介孔结构的介质层不适宜投入量产;正式平面结构效率更高;反式平面结构电池性能突出,成为主流结构
钙钛矿电池分类
正式(n-i-p)介孔结构
正式介孔结构可使钙钛矿层更稳定,介孔层的掺杂能改善钙钛矿层和电子传输层的接触,从而提升电子的提取能力,根据华盛顿大学和合肥工业大学的研究,与平面结构相比,介孔结构器件的效率更高(18.2%),迟滞更小(迟滞效应降低电池测试的准确性和电池性能)。但介孔层需要450℃的高温烧结,不能和柔性衬底有效结合,因此不适宜投入量产
正式(n-i-p)平面结构
平面结构的钙钛矿太阳能电池与介孔结构相比,结构更加简单,且可低温制备,在叠层电池和柔性电池方面展示出突出的应用潜力,而与反式结构相比,正式平面结构转换效率更高(25.7%),是现阶段广泛研究的电池结构之一,但空穴传输层在核心的钙钛矿层上面,在选材的温度耐受性和性能平衡上尚不能实现很好的匹配,验证影响了钙钛矿电池的稳定性,且迟滞效应比反式结构更加明显,尚需要研究突破局限
反式(p-i-n)平面结构
与正式结构相比,反式平面结构的钙钛矿太阳能电池工艺更简便且价格低廉,且可低温成膜,更加适合与传统的光伏电池结合成叠层器件。此外,由于反式结构中,空穴层选材的扩散长度/系数比电子层的短/低,更有利于电荷的平衡抽取,从而抑制迟滞效应。反式平面结构的钙钛矿太阳能电池表现出卓越的稳定性,使其有潜质成为电池寿命可以媲美商用硅晶太阳能电池的竞争对手,且由于适合叠层结构延伸及工艺成本较低,反式平面结构钙钛矿太阳能电池成为现阶段的主流结构,但反式平面结构也面临转换效率较低、电子传输层用材昂贵等问题。2022年,美国研究人员在反式结构钙钛矿表面添加了一种新分子,将反式平面结构的钙钛矿太阳能电池转换效率提升至24%,有望进一步推动反式结构电池发展
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1:https://mp.weixin.qq.com/s/mRL1lryzvb9yFU4Ypju-fA
2:https://mp.weixin.qq.com/s/5VVNddp_nOF9x2THZVU9_g
3:https://mp.weixin.qq.com/s/cXeLbbejxfAJnIy9L2RB_g
4:1.介孔TiO2结构在钙钛矿太阳能电池中的作用 2.热度不断的钙钛矿太阳能电池究竟是什么 3.“倒置”架构钙钛矿电池转化率达24%
1.介孔TiO2结构在钙钛矿太阳能电池中的作用 2.热度不断的钙钛矿太阳能电池究竟是什么 3.“倒置”架构钙钛矿电池转化率达24%
钙钛矿电池行业特征
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中国钙钛矿电池行业特征分析 随着新能源汽车市场的快速发展,钙钛矿电池作为一种新型的太阳能电池和锂离子电池优秀的替代品,受到了广泛关注。在商业模式、竞争环境、用户画像、利润成本、行业周期、供给需求、准入门槛、发展前景等多个维度上,中国钙钛矿电池行业具有以下三个重要特征。 一、竞争环境激烈 当前,钙钛矿电池市场竞争激烈,行业内企业众多,主要集中在中国、美国、日本、韩国等发达国家和地区。据国内媒体报道,2018年中国新能源汽车市场销量达到125万辆,其中纯电动汽车销量为99.8万辆,同比增长了61.7%。这意味着钙钛矿电池市场需求巨大。在国内市场中,比亚迪、宁德时代、瑞能等企业已经形成了一定的市场份额。此外,国外企业也在不断加大在中国市场的布局,例如特斯拉2019年在上海建立了超级工厂。虽然国内外企业的市场份额存在差异,但是由于钙钛矿电池技术门槛较低,新进入者不断涌现,也使得市场竞争更加激烈。 二、用户画像多样化 钙钛矿电池作为新兴的电池类型,其应用范围广泛,用户画像也相对多样化。一方面,随着新能源汽车市场的不断扩大,钙钛矿电池被广泛应用于纯电动汽车、混合动力汽车、轨道交通等领域;另一方面,钙钛矿电池也被应用于户外太阳能电池板、充电宝等领域。2019年,全球充电宝市场规模已经达到了94亿美元,其中不少充电宝产品采用了钙钛矿电池,这也为钙钛矿电池市场提供了新的增长点。因此,用户画像多样化是钙钛矿电池市场的一个特点。 三、发展前景广阔 随着新能源汽车市场的不断发展,钙钛矿电池作为其重要组成部分,其发展前景广阔。据市场研究公司ResearchAndMarkets的报告,预计到2025年,全球钙钛矿电池市场规模将达到25.2亿美元,年复合增长率将达到21.4%。此外,随着新能源汽车市场的不断扩大,国内政府对于新能源汽车的政策支持也在不断加大,例如对于新能源汽车的购置补贴、免费停车等优惠政策。这将进一步促进钙钛矿电池市场的发展。同时,由于钙钛矿电池具有高效、环保、低成本等优点,其在家庭光伏、户外充电
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性能方面:钙钛矿电池极限转换效率优势突出,远高于晶硅、HJT、TOPCon,且其能带间隙可调节,因此可进一步优化性能和拓展应用场景,此外,其有望将弱光充分利用起来进行发电。成本方面:钙钛矿电池的制程耗时仅需45分钟,且仅在单一工厂即可完成组件,且钙钛矿电池产能投资额仅为晶硅的一半,此外钙钛矿原材料对杂质不敏感,容易获得,用量少,成本优势明显。制约因素:钙钛矿电池具备更高的转换率和更低的成本,因此被寄予厚望,但也存在稳定性差、大面积制备较难以及环境污染等问题,钙钛矿电池还需要时间将各种问题有效解决,加快产业进度
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性能优势突出
钙钛矿电池极限转换效率、弱光性能优势突出,钙钛矿材料能带间隙可调节,较为灵活
对于晶硅太阳能电池来说,其理论极限转换效率为29.4%,普通单晶硅电池在理想状态下转换效率极限为24.5%,HJT电池理论极限转换效率为27.5%,TOPCon电池理论极限转换效率为28.7%。但相比之下,钙钛矿单层电池理论效率极限可达31%,晶硅/钙钛矿双节叠层效率可达35%,三节层电池理论极限则可跃升至45%,且如果在钙钛矿中掺杂新型材料,其转换效率最高可达50%;据了解,钙钛矿光伏电池在200Lux的弱光下仍可输出25%以上的光电转换效率。相比而言,晶硅的带隙约为1.1eV,离2eV相差甚远,弱光下发电效率极低。钙钛矿优异的弱光性能,意味着其有望将室内照明的弱光和室外的弱光利用起来进行发电;钙钛矿材料可以通过调节组分,使能带间隙在1.4-2.3eV之间调节,进而衍生出更多的应用
2
成本优势突出
制程耗时少、一体化工厂、产能投资额少、原材料易获得均使成本降低
钙钛矿太阳能电池的制程耗时明显减少,一体化工厂大幅降低生产成本,生产流程较为简单,仅需45分钟就可将玻璃、胶膜、靶材、化工原料等在一个工厂内加工成组件,极大地缩短了制程耗时;钙钛矿电池产能投资额仅为晶硅产能投资额的一半,且未来在形成规模量产后,产能投资额将进一步降低;从原材料角度分析,钙钛矿原材料对杂质不敏感且容易获得,用量也大幅减少。晶硅类太阳能电池对硅料纯度要求需达99.9999%,而钙钛矿材料对杂质不敏感,95%纯度以上的钙钛矿即可满足生产使用需求,且原材料为基础化工材料,容易获得,因此,钙钛矿电池不存在原材料瓶颈
3
制约因素
钙钛矿电池稳定性差、大面积制备较难以及环境污染问题
稳定性是制约钙钛矿电池发展的主要问题之一,从三角模型可以看出,钙钛矿电池在效率和成本上都领先晶硅电池发展,但钙钛矿的稳定性差,即寿命短,现阶段钙钛矿太阳能电池的T80寿命约为4,000小时,而晶硅电池则有25年以上的寿命,二者差距较大;钙钛矿电池面临着大面积制备较难的困境,尽管钙钛矿电池在实验室中获得了较高的光电转换效率,但实际生产工艺中难以达到实验中的标准,因此会受到更多因素的影响,且实验室中制备的钙钛矿电池器件面积都比较小,市场应用则需要面积更大的器件;环保问题阻碍钙钛矿电池发展的另一个因素,钙钛矿电池的毒性主要来自内部的铅元素,铅元素一旦泄露会产生严重的环境污染问题,因此国际上很多国家和地区都将铅元素列为禁止使用的材料
[3]
1:http://finance.sina.com.cn/jjxw/2022-07-27/doc-imizirav5650213.shtml
2:https://new.qq.com/rain/a/20220803A083TQ00
3:https://mp.weixin.qq.com/s/NeaeuFDaA2qlZea1s3lOrw
4:http://finance.sina.com.cn/jjxw/2022-07-27/doc-imizirav5650213.shtml
5:https://new.qq.com/rain/a/20220803A083TQ00
6:https://mp.weixin.qq.com/s/NeaeuFDaA2qlZea1s3lOrw
7:http://finance.sina.com.cn/jjxw/2022-07-27/doc-imizirav5650213.shtml
8:http://stock.hexun.com/2022-07-22/206418079.html
9:https://mp.weixin.qq.com/s/zDWWJia4vjIgsELfuq06Nw
10:来源:二手信息
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张子璇·头豹分析师
2022-12-12
修改“钙钛矿电池”词条报告
张子璇·头豹分析师
2022-12-12
发布“钙钛矿电池”词条报告
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