1、鈣鈦礦電池概述
根據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《中國鈣鈦礦電池行業(yè)發(fā)展趨勢分析與未來投資預(yù)測報(bào)告（2024-2031年）》顯示，鈣鈦礦電池是指鈣鈦礦型太陽能電池，鈣鈦礦太陽能電池是利用鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料作為吸光材料的太陽能電池，屬于第三代薄膜電池的代表，包括純鈣鈦礦電池和鈣鈦礦疊層電池兩種類型。相比于晶硅電池，鈣鈦礦電池具有極限轉(zhuǎn)換效率高、生產(chǎn)成本低、制備工藝簡單、高柔性等優(yōu)勢，可以應(yīng)用于光伏發(fā)電、LED等領(lǐng)域。
鈣鈦礦電池本質(zhì)為薄膜電池，主體通過鍍膜工藝層層制備，幾乎包括TCO層、電子傳輸層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層、背電極在內(nèi)的所有功能層，但具體制備路線未完全確定。
鈣鈦礦電池各功能層主要工藝對比（以反式為例）
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鈣鈦礦功能層 |
制備要求 |
可選設(shè)備 |
工藝流程 |
工藝特點(diǎn) |
單位價(jià)格（百兆瓦：萬元/臺(tái)） |
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空穴傳輸層 |
均一性、重現(xiàn)性高 |
狹縫涂布 |
將前驅(qū)體溶液放在儲(chǔ)液泵中，由控制系統(tǒng)按照設(shè)置的程序?qū)⑵渚鶆虻貜莫M縫涂布頭中連續(xù)擠出，沉積在基底上以形成連續(xù)、均勻鈣鈦礦液膜 |
設(shè)備投資低，印刷速度快；對涂布頭要求高；均一性、重現(xiàn)性較低 |
1000 |
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磁控濺射 |
/ |
設(shè)備投資高；均一性更高、缺陷態(tài)更少 |
2000 |
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鈣鈦礦層 |
均一性、重現(xiàn)性高 |
狹縫涂布 |
/ |
設(shè)備投資低；良品率有待提高 |
1000 |
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真空蒸鍍 |
真空條件下，將鍍料加熱蒸發(fā)或升華，材料的原子或分子直接在襯底上成膜 |
各組分化學(xué)計(jì)量比可控，均勻性較好；設(shè)備投資高；抽真空時(shí)間較久 |
1500 |
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電子傳輸層 |
不對柔性鈣鈦礦層造成損傷 |
狹縫涂布 |
/ |
設(shè)備投資低；良品率有待提高 |
1000 |
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真空蒸鍍 |
/ |
薄膜致密、均勻、無孔洞，可大面積制備；對鈣鈦礦層無損害；設(shè)備投資高；鹵化物的蒸鍍會(huì)對蒸發(fā)設(shè)備有腐蝕作用 |
1500 |
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RPD |
使用低能量高密度電子束升華靶材，產(chǎn)生高解離率的離子鍍著在襯底的表面 |
不損傷襯底表面；設(shè)備投資高；良率和轉(zhuǎn)換效率高 |
2600 |
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ALD |
在真空條件下，將氣相前驅(qū)體脈沖交替地通入反應(yīng)室并以單原子形式沉積 |
不損傷襯底表面；制備薄膜最為致密；設(shè)備投資高；速度緩慢 |
2000 |
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金屬電極層 |
電導(dǎo)率高 |
磁控濺射 |
/ |
技術(shù)成熟，沉積速度快；厚度均勻性較差；成本比RPD低 |
2000 |
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RPD |
/ |
離子能量低，對電池?fù)p傷?。话胁睦寐实?，成本較高；量產(chǎn)難度較大 |
2600 |
數(shù)據(jù)來源：觀研天下整理
2、鈣鈦礦電池行業(yè)支持政策持續(xù)落地
鈣鈦礦電池是具有高轉(zhuǎn)換效率的清潔能源，符合我國碳達(dá)峰、碳中和的綠色發(fā)展要求。自2016年國務(wù)院發(fā)布的《“十三五”國家科技創(chuàng)新》中涉及鈣鈦礦太陽能電池相關(guān)政策后，國家層面其他能源、科技類部門相繼出臺(tái)相關(guān)政策，推動(dòng)鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。例如，2023年3月，中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)鈣鈦礦光伏標(biāo)準(zhǔn)專題組成立，加快了鈣鈦礦電池標(biāo)準(zhǔn)體系梳理和完善。
我國鈣鈦礦電池行業(yè)政策
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時(shí)間 |
發(fā)表部門 |
發(fā)表文件 |
內(nèi)容摘要 |
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2022.06 |
國家發(fā)改委、國家能源局等多部門 |
《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》 |
開展光伏發(fā)電戶外實(shí)證示范，掌握鈣鈦礦等新一代高效低成本光伏電池制備及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，突破適用于可再生能源靈活制氫的電解水制氫設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)儲(chǔ)備鈉離子電池、液態(tài)金屬電池、固態(tài)鋰離子電池、金屬空氣電池、鋰硫電池等高能量密度儲(chǔ)能技術(shù)。 |
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2022.08 |
工信部、財(cái)政部、商務(wù)部等 |
《加快電力裝備綠色低碳創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》 |
太陽能裝備：推動(dòng)TOPCon、HJT、IBC等晶體硅太陽能電池技術(shù)和鈣鈦礦、疊層電池組件技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，開展新型高效低成本光伏電池技術(shù)研究和應(yīng)用，開展智能光伏試點(diǎn)示范和行業(yè)應(yīng)用。 |
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2022.10 |
國家發(fā)改委、國家能源局 |
《關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展有關(guān)事項(xiàng)的通知》 |
落實(shí)相關(guān)規(guī)劃部署，突破高效晶體硅電池、高效鈣鈦礦電池等低成本產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，推動(dòng)光伏發(fā)電降本增效，促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展。推動(dòng)高效環(huán)保型及耐候性光伏功能材料技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，提高光伏組件壽命。 |
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2023.01 |
工信部等 |
《關(guān)于推動(dòng)能源電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》 |
加快智能光伏創(chuàng)新突破，發(fā)展高純硅料、大尺寸硅片技術(shù)，支持高效低成本晶硅電池生產(chǎn)，推動(dòng)N型高效電池、柔性薄膜電池、鈣鈦礦及疊層電池等先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，提升規(guī)?；慨a(chǎn)能力。統(tǒng)籌開發(fā)鈣鈦礦電池（含鈣鈦礦/晶硅疊層電池）、非晶硅/微晶硅/多晶硅薄膜電池、化合物薄膜電池等高效薄膜電池技術(shù)。 |
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2023.03 |
中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì) |
中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)鈣鈦礦光伏標(biāo)準(zhǔn)專題組成立 |
中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長江華在致辭中強(qiáng)調(diào)了從標(biāo)準(zhǔn)層面來引導(dǎo)和促進(jìn)鈣鈦礦技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要意義。他希望工作組成立后，能加快鈣鈦礦電池標(biāo)準(zhǔn)體系梳理和完善，并在此基礎(chǔ)上快速有序、科學(xué)合理地開展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作，為我國鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)支撐。 |
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2023.09 |
國家能源局 |
《關(guān)于組織開展可再生能源發(fā)展試點(diǎn)示范的通知》 |
新型高效光伏電池技術(shù)示范。主要支持高效光伏電池、鈣鈦礦及疊層太陽能電池、新型柔性太陽能電池及組件等新型、先進(jìn)、高效光伏電池技術(shù)應(yīng)用，以規(guī)模化促進(jìn)前沿技術(shù)和裝備進(jìn)入應(yīng)用市場，持續(xù)推進(jìn)光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)升級。單個(gè)示范項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模不宜小于5萬千瓦。 |
資料來源：觀研天下整理
3、我國鈣鈦礦電池行業(yè)降本增效優(yōu)勢明顯
我國鈣鈦礦電池工藝優(yōu)勢較大（鈣鈦礦工藝流程簡單、能耗低），成本優(yōu)勢明顯（設(shè)備投資降本空間大、原料成本低），行業(yè)降本增效優(yōu)勢明顯。
我國鈣鈦礦電池行業(yè)工藝、成本優(yōu)勢簡介
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優(yōu)勢 |
簡介 |
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工藝優(yōu)勢 |
鈣鈦礦工藝流程簡單：目前的晶硅組件工藝流程復(fù)雜，需要在硅料、硅片、電池、組件四個(gè)以上不同工廠生產(chǎn)，需要消耗大概3天時(shí)間，而鈣鈦礦組件在一個(gè)工廠就可完成生產(chǎn)，整個(gè)工藝流程只需要大約45分鐘 |
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能耗低：相較于晶硅生產(chǎn)過程中近千攝氏度的高溫要求，鈣鈦礦由于原料純度要求及較低（98%以上），最高生產(chǎn)溫度僅需150°C，因此生產(chǎn)能耗遠(yuǎn)低于晶硅 |
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成本優(yōu)勢 |
設(shè)備投資降本空間大：晶硅太陽能組件的硅料、硅片、電池、組件四個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)全部加起來，需要大約9億-12億元的投資規(guī)模，目前鈣鈦礦百MW產(chǎn)線投資額在1.3億左右，簡單加總1GW投資額約為13億元，與晶硅電池GW產(chǎn)線投資額相當(dāng)。根據(jù)業(yè)內(nèi)預(yù)測，隨著未來規(guī)?；瘍?yōu)勢不斷凸顯，鈣鈦礦電池GW級產(chǎn)線投資額有望降至5億元，為晶硅組件設(shè)備投資額的1/2 |
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原料成本低：鈣鈦礦原料常見、不含貴金屬且用量少，以50萬噸硅料產(chǎn)量計(jì)算，僅需1000噸鈣鈦礦材料產(chǎn)量即可滿足替換需求 |
資料來源：觀研天下整理
4、大面積電池的穩(wěn)定性和效率仍需進(jìn)一步突破
不過，我國鈣鈦礦電池商業(yè)化主要面臨三方面挑戰(zhàn)：穩(wěn)定性、大尺寸效率和規(guī)?；a(chǎn)。
穩(wěn)定性不足：影響鈣鈦礦電池穩(wěn)定性的因素主要可分為兩類：外部因素和內(nèi)部因素。其中，外部因素是指鈣鈦礦組件暴露在環(huán)境中時(shí)，水分、氧氣、溫度等因素都會(huì)損傷組件縮減使用壽命，例如水分和氧氣可擴(kuò)散到鈣鈦礦層材料使其氧化分解；內(nèi)部因素則是指即使組件得到很好保護(hù)，也有可能由于鈣鈦礦材料自身離子的遷移和分解而使組件性能下降。
大尺寸效率下降：隨著尺寸增大，鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)化效率下降較大。目前，實(shí)驗(yàn)室制造的小尺寸（≤1CM2）鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達(dá)到26%左右，但大面積尺寸電池的光電轉(zhuǎn)化效率低于20%。
規(guī)?；a(chǎn)有難度：協(xié)鑫和極電有GW級產(chǎn)線建設(shè)，預(yù)計(jì)最早2024年下半年有GW級產(chǎn)線落地。
我國鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展
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公司名稱 |
時(shí)間 |
產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展 |
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協(xié)鑫光電 |
2015 |
惟華光能建成鈣鈦礦光伏組件中試線 |
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2016 |
協(xié)鑫集團(tuán)收購惟華光能，并成立蘇州協(xié)鑫納米科技有限公司 |
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2017 |
建成10MW中試線 |
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2020 |
成立昆山協(xié)鑫光電有限公司。有協(xié)鑫納米控股，開始籌建100MW生產(chǎn)線 |
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2021 |
完成100MW生產(chǎn)線建設(shè)并開始試生產(chǎn) |
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2023 |
GW級鈣鈦礦產(chǎn)線奠基 |
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2024E-2025E |
GW級產(chǎn)線建成 |
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纖納光電 |
2015 |
公司成立 |
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2018 |
開始建設(shè)20MW中試線 |
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2020 |
20MW中試線建成 |
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2021 |
100MW中試線建成 |
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2022 |
100MW產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)量產(chǎn) |
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2023 |
全球首個(gè)鈣鈦礦分布式電站并網(wǎng) |
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極電光能 |
2018 |
開始從事鈣鈦礦技術(shù)研發(fā) |
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2021 |
開始建設(shè)150MW中試線 |
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2022 |
150MW中試線投產(chǎn)，756cm2組件效率達(dá)到18.2% |
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2023 |
810.1cm2大尺寸鈣鈦礦組件穩(wěn)態(tài)效率達(dá)到19.5% |
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2024E |
預(yù)計(jì)GW級產(chǎn)線投產(chǎn) |
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仁爍光能 |
2021 |
公司成立 |
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2022 |
10MW全鈣鈦礦疊層研發(fā)線建成 |
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2023 |
10MW全球首條鈣鈦礦疊層光伏組件研發(fā)線正式投產(chǎn)，預(yù)計(jì)150MW產(chǎn)線投產(chǎn) |
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2024E |
預(yù)計(jì)150MW產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)量產(chǎn) |
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萬度光能 |
2016 |
公司成立 |
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2022 |
200MW可印刷觀鈣鈦礦光伏組件產(chǎn)線開始建設(shè) |
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2023 |
第二條200MW產(chǎn)線開始建設(shè) |
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無限光能 |
2022 |
公司成立，年底建成10MW中試線 |
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2023 |
預(yù)計(jì)年底建成100MW中試線 |
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2024E |
中試線實(shí)現(xiàn)量產(chǎn) |
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光晶能源 |
2022 |
公司成立 |
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2023 |
完成1.6億A輪融資，計(jì)劃開始100MW中試線建設(shè) |
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2024E |
實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能爬坡，開展試點(diǎn)示范 |
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2025E |
中試線實(shí)現(xiàn)量產(chǎn) |
資料來源：觀研天下整理
5、光伏電池已歷經(jīng)三次迭代，鈣鈦礦電池為第三代的代表
目前，光伏電池已歷經(jīng)三次迭代，鈣鈦礦電池為第三代的代表。第三代太陽能電池致力于通過采用新型材料以實(shí)現(xiàn)更高效率、更低成本的目標(biāo)，主要指包含染料敏化電池（DSSCs）、有機(jī)光伏（OPV）、量子點(diǎn)太陽能電池（QDSCs）和鈣鈦礦電池（PSCs）等新型太陽能電池。與晶硅電池相比，鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)鏈較短并具有“一體化”的特點(diǎn)，這大大縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)交付周期，同時(shí)降低了綜合成本。近年來，鈣鈦礦電池行業(yè)發(fā)展迅猛，市場關(guān)注度日益提升，并且有望成為太陽能電池的終極技術(shù)。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2023年，我國光伏新增裝機(jī)容量達(dá)到216.88GW，同比增長148%，創(chuàng)下歷史新高。
數(shù)據(jù)來源：觀研天下整理
光伏電池技術(shù)迭代
資料來源：觀研天下整理
6、光伏建筑一體化（BIPV）打開鈣鈦礦電池增量市場
同時(shí)，光伏建筑一體化即將太陽能發(fā)電方陣安裝在建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面從而提供電力，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電和建筑的有機(jī)結(jié)合，具有安全性、安裝便捷性、美觀度優(yōu)勢。目前，我國已出臺(tái)相關(guān)政策推動(dòng)BIPV市場發(fā)展，2022年6月30日發(fā)改委和住建部發(fā)布《城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》，到2025年新建公共機(jī)構(gòu)建筑、新建廠房屋頂光伏覆蓋率要力爭達(dá)到50%。根據(jù)中國建筑科學(xué)研究院測算，截至2020年我國存量建筑面積可安裝光伏電池400GW，每年竣工建筑面積可安裝光伏電池40GW。基于對BIPV滲透率的假設(shè)，經(jīng)測算，我們預(yù)計(jì)2025年我國BIPV新增裝機(jī)量有望超過50GW。
而鈣鈦礦電池性能優(yōu)異，或是BIPV的最優(yōu)選擇。與常規(guī)光伏電池相比，鈣鈦礦電池具備成本低廉、發(fā)光效率高等優(yōu)點(diǎn)，其獨(dú)特的半透明性、柔軟性及可改變顏色適用于BIPV領(lǐng)域，不僅能滿足光伏發(fā)電需求，也可滿足建筑美學(xué)要求。
需要值得注意的是，目前鈣鈦礦行業(yè)雖中試線眾多，但多側(cè)重研發(fā)，真實(shí)產(chǎn)能不足，無法承接即將爆發(fā)的BIPV需求。
我國鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展
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公司 |
產(chǎn)能 |
擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃 |
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協(xié)鑫光電 |
擁有100MW中試線，當(dāng)前處于工藝開發(fā)和效率爬坡階段，2024年3月，2平米組件效率突破19%。 |
鈣鈦礦GW級生產(chǎn)基地順利奠基,有望在2024-2025年建成投產(chǎn) |
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極電光能 |
擁有150MW鈣鈦礦光伏組件生產(chǎn)線。2023年12月，0.72平米組件效率突破18%。 |
GW級產(chǎn)線2023年4月正式開工建設(shè)。2024年4月首套設(shè)備將進(jìn)場，2024年3季度將實(shí)現(xiàn)首片下線，2024年年底將投入生產(chǎn) |
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纖納光電 |
擁有100MW中試線，2023年11月公司11200片α組件并網(wǎng)內(nèi)蒙古鄂爾多斯地面電站 |
計(jì)劃在3-5年內(nèi)投產(chǎn)約5GW的鈣鈦礦電池產(chǎn)能，其中一期1GW可能在2024年下半年建成。 |
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寧德時(shí)代 |
擁有100MW中試線，處于效率爬坡階段 |
技術(shù)突破后有望快速擴(kuò)產(chǎn) |
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仁爍光能 |
擁有150MW鈣鈦礦光伏組件生產(chǎn)線。 |
計(jì)劃在未來五年內(nèi)建設(shè)數(shù)條GW級別的鈣鈦礦電池組件生產(chǎn)線。 |
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光晶能源 |
擁有30cm×30cm組件的10MW小試線 |
計(jì)劃2023年下半年開始建設(shè)100MW的中試線，預(yù)計(jì)2024年完成中試線的爬坡和試點(diǎn)示范項(xiàng)目，2025年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。 |
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脈絡(luò)能源 |
擁有30cm×30cm組件的10MW小試線 |
計(jì)劃2024年7月開工建設(shè)100MW大面積鈣鈦礦光伏組件產(chǎn)線 |
資料來源：觀研天下整理
7、我國鈣鈦礦電池行業(yè)產(chǎn)能將持續(xù)增加
不過，隨著政策相繼落地及相關(guān)技術(shù)提升，我國鈣鈦礦電池產(chǎn)能將持續(xù)增加，預(yù)計(jì)2022年新增產(chǎn)能將達(dá)到0.4GW，2030年將達(dá)到161GW，預(yù)計(jì)2022年滲透率為0.1%，2030年滲透率有望增長至30%。
數(shù)據(jù)來源：觀研天下整理（WYD）
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