钙钛矿与TCO玻璃：鸡与蛋的悖论

作者/星空下的夹心糖

编辑/菠菜的星空

排版/星空下的韭菜

这两年，钙钛矿电池具有极高的知名度。

钙钛矿电池问世时间不长，却成为了发展最快的太阳能电池。自2009年日本学者Kojima和Miyasaka制备出了能量效率3.8%的钙钛矿电池开始，钙钛矿电池便实现了长足而快速的发展。

今年11月，隆基绿能（601012）自主研发的晶硅-钙钛矿叠层电池效率达到33.9%，这也是目前全球晶硅-钙钛矿叠层电池效率的最高纪录，这是该记录第一次由我国企业打破。

钙钛矿电池与晶硅电池效率（截至2022年） 资料来源：华泰证券研报

今天，我们也聊聊钙钛矿电池，以及它的原材料TCO玻璃。

一、光伏里的后起之秀

钙钛矿电池是指满足钙钛矿晶体结构（ABX3结构）的一大类物质，本质上是离子型有机化合物，事实上并不含有“钙”或“钛”。钙钛矿电池的基础结构组成为CH3NH3PbI3 ，其中A离子为CH3NH3+，B离子为Pb2+，X离子为I-，当然，这三种离子可以换成其他的离子，以获得更高的能量效率或更优的长期性能。

钙钛矿电池晶体结构 资料来源：网络公开信息

钙钛矿电池具有很高的理论效率。据美国《华尔街日报》报道，单结钙钛矿电池的理论转换效率可达33%，而钙钛矿/硅串联电池的理论转化效率可达43%，都远远超过单晶硅电池29.4%的理论转换效，是不折不扣的未来新星。

同时，钙钛矿太阳电池还具有理论成本低, 制备工艺简单, 以及可制备柔性、透明及叠层电池等一系列优点。而且其独特的缺陷特性, 使钙钛矿晶体材料既可呈现n型半导体的性质, 也可呈现p型半导体的性质, 故而其应用更加多样化。钙钛矿电池的原材料具有廉价、可溶液制备的特点，远期理论成本远低于目前的晶硅电池。

另外，晶硅电池投资高昂，高温和真空步骤众多，硅料等环节能耗巨大，生产过程本身也会产生大量碳排放，是一款“今天耗电，明天发电”的产品。钙钛矿电池则工艺简单，设备投资主要集中在钙钛矿涂层环节，高温高压或真空步骤很少，耗能极少，真正做到了“有始有终”的环保。

二、产业化的困扰

当然，钙钛矿电池也不是完美的，或者说，钙钛矿电池当前还面临着诸多棘手的问题。一方面，钙钛矿电池的发展过快导致理论研究跟不上，钙钛矿电池当前存在难以解决的迟滞效应等问题，从而导致产业化效率低，实际成本依然偏高。

另一方面，由于钙钛矿材料属于离子晶体材料，非常脆弱，现在钙钛矿的结构有很多种，但是都存在着不耐高温，不耐光照、易水解、易氧化、易发生二次反应等缺陷，组件的寿命较短。

最后，钙钛矿电池的产业化本身也不成熟，工艺层面还有诸多问题需要解决，原材料价格也居高不下，这些因素也都限制了钙钛矿电池的发展。当前，钙钛矿电池大多还处于“黑科技”阶段，年产装机尚未达到GW级别，距离走进千家万户还很遥远。

三、TCO玻璃，降本的关键

好景不长，原料药行业在经历洗牌之后迎来了上下游的双向挤压。一和晶硅电池相比，钙钛矿电池的结构相对晶硅电池更为简单，典型的钙钛矿电池只有五层，大致分为：

1.透明电极（金银等金属）；

2.空穴传输层（HTL）；

3.钙钛矿薄膜层；

4.电子传输层（ETL）；

5.透明导电玻璃（即TCO玻璃）。

这其中，TCO玻璃是降本的关键。方面多种化工原料经历大周期高位，价格暴涨。像肝素这样的生物原料也受疫情和产品周期等影响大幅提价。

钙钛矿电池组件结构 资料来源：知网

1/3（如果算上背玻璃则占一半）。与之对比的是，光伏玻璃在晶硅电池中的成本占比仅为7-10%。未来随着电极及各层成本的降低，TCO玻璃的成本占比可能还会提升，得TCO玻璃者才能得钙钛矿电池。

钙钛矿电池成本结构 资料来源：未来智库

TCO玻璃承担着载体、透光、导电三种功能，因此对厚度、透光率、导电能力等指标都要求苛刻，生产技术门槛较高。作为玻璃，其透光性很重要，通常要求透过率达到80%以上；同时，作为电极，对其功函数及电导率也有一定要求。然而，TCO玻璃的透光率和电导率通常呈现此消彼长的行为，因此需要在其间寻找平衡。

除此之外，TCO玻璃认证难度大、周期长，需要下游客户配套合作研发。据相关机构调研反馈，无相关基础的玻璃企业从研发到批量供货需耗时2-3年，同时玻璃行业资产相对较重，这些因素无疑都提高了TCO玻璃的壁垒。

目前，全球TCO玻璃的工艺主要掌握在海外公司手中，高品质的太阳能TCO玻璃基本被日本的旭硝子、板硝子垄断，供给受限，采购成本还高。国内企业主要以金晶科技（600586）、耀皮玻璃（600819）和旗滨集团（601636）为主，但供给量依然较少，TCO玻璃依然没有摆脱“卡脖子”的困扰。

四、何时迎来突破

事实上，早在2010年左右，旗滨和耀皮就尝试为当时大火的薄膜电池生产TCO玻璃，但因为国内薄膜电池没发展起来，他们最终铩羽而归。十几年过去了，TCO玻璃的发展依然任重道远。

一方面，钙铁矿实际装机规模仍偏小，且在2023 年面临多晶硅降价的竞争压力，还缺少政策催化和补贴驱动，自然难以对TCO玻璃形成有力的需求支撑，TCO玻璃产线的经济性就得不到保证。根据国泰君安证券的测算，当前同一规模产线生产TCO 玻璃的经济效益尚不及双银建筑玻璃，赚不到钱自然就没有动力。

另一方面，TCO玻璃的国产化进度又会影响钙钛矿电池的综合成本，进而影响其产品竞争力，钙钛矿电池厂商被迫要接受高昂的价格或尝试寻找新的技术路线，二者陷入了互相以对方为前提的“鸡与蛋”的悖论之中。

要想打破这一切，我们需要一个爆发的奇点。

注：本文不构成任何投资建议。股市有风险，入市需谨慎。没有买卖就没有伤害。