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【钙钛矿电池+光芯片】“黑科技”见曙光
2022-09-10 19:46

【钙钛矿电池+光芯片】“黑科技”见曙光

文章所属专栏 每日研报精选
释放双眼,听听看~
00:00 02:05

「每日研报精选」这个栏目旨在为投资者提供直观、易读、易懂的研报解读。你可以简单理解成精选版的脱水研报,每天花5分钟,就能快速了解当天的热点研报,以及研报中最需要关注的投资点。

 

来看9月9日的2篇精选研报:

 

东方财富证券-光伏行业专题研究:钙钛矿电池:“黑科技”见曙光

 

精选理由:光伏产业需要降本促进发展,而晶硅路线即将触及理论效率上限,原材料供需错配、价格暴涨短期难解。钙钛矿组件投资成本较晶硅低,投资者可通过本篇研报了解钙钛矿潜在优势、技术路线、产业现状、行业空间等内容,把握相关投资机会。

 

核心看点:

  1. 钙钛矿是一种薄膜电池技术路线,低成本、高效率等优势突出,有望成为下一代光伏技术路线。

  2. 钙钛矿运用场景较晶硅路线更为广泛,或成为未来BIPV、电动汽车车顶发电领域的主流材料。

  3. 国内企业在实验室和量产方面均领先全球,已有20余家企业在钙钛矿方面进行布局,主要集中在上游材料、中游电池及设备以及通用技术类等领域。

  4. 钙钛矿电池技术突破不及预期、产业化进程缓慢;出现其他技术路线。


一、薄膜电池:与晶硅路线不同的第二代光伏电池

 

薄膜电池通常由五层功能性薄膜构成,其中P层吸光层为核心部件,决定了各类电池的性能差异:


1. 透明导电氧化物(TCO)薄膜:主要起到透光和导电的作用;


2. N型窗口层:在光照条件下产生光伏效应;


3. P型吸光层:整个电池中最为核心的部分,光生载流子的产生、输运主要在该层进行;


4. 背接触层:降低P型吸收层和金属电极的接触势垒,减少背接触处载流子的复合几率;


5. 背电极:通常为金属薄膜,主要作用是收集空穴,连接外电路。

 

电池性能及制造工艺等方面决定了薄膜电池较晶硅电池而言具有更低的制造成本,且随着效率和产能提高仍有较大摊薄空间:1)光转化系数大,节约耗材;2)生产链条短,制造成本低。

 

与传统晶硅相比,薄膜电池在透光率、颜色、尺寸方面的可定制化程度较高,建材属性更重,适配于物联网、交通、军事和商业建筑等多类场景。

 

二、钙钛矿技术路线

 

薄膜电池现已发展出包括碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)、砷化镓(GaAs)、非晶硅(a-Si)、有机薄膜、钙钛矿等多种技术路线,其中碲化镉(CdTe)技术最为成熟,钙钛矿技术效率提升速度最快。

 

钙钛矿电池是新一代太阳能技术,钙钛矿化合物可以通过改变材料来调整以响应太阳光谱中的不同颜色,在光伏应用领域潜力巨大。

 

钙钛矿电池未来有望成为晶硅电池的有力竞争者,在小面积实验室设备中,钙钛矿的转化效率在过去五年中快速提升,已经超过了几乎所有的薄膜技术(III-V技术除外)。

 

三、产业现状:商用产量较低,碲化镉占九成

 

在全球范围内,碲化镉(CdTe)是商用薄膜组件的最大组成部分,也是传统硅基技术的低成本替代品。在硅料价格的不断上涨背景下,以碲化镉为代表的薄膜电池经济性优势凸显。

 

与晶硅电池相比,薄膜电池先发优势明显,手握核心生产技术的厂商往往能筑起宽阔的护城河从而处于垄断地位。

 

钙钛矿电池近年来发展迅猛,全球首款钙钛矿商用组件α已于7月成功交付。

 

钙钛矿、电子传输层、空穴传输层等组成钙钛矿电池。一方面,钙钛矿电池转化率仍在不断提升,增长斜率显著高于其他类型薄膜电池。另一方面,钙钛矿电池具备低成本优势。钙钛矿电池应用场景广阔。

 

四、行业空间:薄膜和钙钛矿电池未来趋势

 

薄膜电池技术转换效率持续进步,但和晶硅电池仍存在一定差距。

 

硅料价格持续上扬,钙钛矿迎来成本优势。稳定性是目前制约钙钛矿太阳能电池产业化的重要因素。钙钛矿电池既可以做成刚性电池组件,又可以做成柔性电池组件。

 

BIPV市场空间广阔,钙钛矿有望搭乘行业春风。BIPV是分布式光伏的一种形式,近年来发展迅猛。新能源汽车的太阳能发电车顶也是钙钛矿电池有望进入的市场。

 

本文选自:民生证券-《光芯片行业系列深度一:卧薪尝胆国产光芯片持续渗透,厚积薄发中高端产品替代加速启动》

 

精选理由:光芯片是光电子器件的核心组成部分,也是现代光通信系统的核心。它应用广泛,在通信、工业、消费电子、汽车、军事等领域发挥重要作用。当前,中低端领域的参与者竞争激烈,不过国产替代、高端产品替代的势头很足。那么,通信领域的光芯片厂商可以凭借哪壁垒去获得竞争竞争优势呢?产业链和行业空间如何呢?让我们通过这篇研报了解一下。


核心看点:

  1. 光芯片作为激光器/探测器等光电子器件的核心组成部分,光芯片是现代光通信系统的核心;

  2. 激光器芯片位于产业链上游,光通信领域的激光器芯片高端产品由海外头部厂商主导,中低端产品参与者众多竞争相对激烈;

  3. 光通信领域光芯片有多维度竞争壁垒:工艺流程复杂、技术难度高;下游需求驱动,激光器芯片加速更新迭代;客户壁垒高;有一定的规模效应;

  4. 风险提示:电信/数通需求不及预期,行业竞争加剧,国产替代不及预期。


一、光芯片应用场景

 

1、光芯片归属于半导体领域,是光电子器件的核心组成部分。半导体整体可以分为分立器件和集成电路两大类,光芯片则是分立器件大类下光电子器件的核心组成部分。作为激光器/探测器等光电子器件的核心组成部分,光芯片是现代光通信系统的核心。

 


2、应用场景广泛:通信、工业、消费电子、汽车、军事。

 

3、与集成电路芯片的差异,除了具体实现的功能外,还有:

 

1)芯片制备角度,光芯片制备流程与集成电路芯片有一定相似性,但侧重点不在光刻环节,而在于外延的设计和制备,这也决定了行业内IDM模式是主流,区别于标准化程度高、行业分工明确的集成电路芯片领域;

 

2)芯片材料角度,较之集成电路芯片常用的硅片,二代化合物半导体(如InP、GaAs)是更为常用的光芯片材料;

 

二、位于产业链上游

 

激光器芯片位于产业链上游,参与者众多,在中低端领域竞争激烈。



1)衬底:行业集中度高,据Yole的统计,2020年磷化铟(InP)衬底的全球前三大厂商(住友、北京通美、日本JX)占据了90%以上的份额。

 

2)光通信领域的激光器芯片:高端产品由海外头部厂商主导,中低端产品参与者众多竞争相对激烈。


行业分几大类:


a)光通信领域激光器芯片/器件/模块上下游一体化布局的厂商


b)业务涉猎更广泛的一些厂商,激光器芯片相关业务在其整体业务中的占比不高。


c)第三方的外延厂商及第三方的芯片代工厂商


d)专业激光器芯片厂商,分IDM模式为主,和外采外延片为主,重点聚焦晶圆外延环节以外的后端加工环节的厂商。

 

3)有源器件/光模块:参与厂商众多竞争相对激烈。近年来国内光模块厂商实力提升迅速,市场份额增长显著,当前全球前十大光模块厂商中,国内厂商已占据一半。

 

4)下游最终客户:电信领域的传输网和接入网(光纤接入、无线接入),以及数通领域的数据中心内部及数据中心间互联,对应的客户是运营商、设备商及云巨头。

 

三、光通信领域光芯片行业空间

 

数通领域需求高景气,电信千兆宽带加速建设助力10GPON持续火热,推动光通信激光器芯片需求走高。据测算,2021年用于光模块的光芯片的全球市场规模约22.7亿美元。假设激光器与探测器芯片价格相近,因而激光器芯片市场规模约11.4亿美元。当前国内厂商激光器芯片业务收入较多集中在千万级或刚刚过亿。

 

四、光通信领域光芯片竞争壁垒

 

1、工艺流程复杂、技术壁垒高。外延环节对设计及生产工艺的要求高,是当前国内厂商与海外头部厂商的主要差距所在。经验积累包括生产过程的良率爬坡都需要较长时间,因而先发优势明显,是厂商竞争优势及技术实力的核心体现。

 

2、下游需求驱动,激光器芯片加速更新迭代。以数通领域为例,流量高速增长、光模块单位速率成本下降、交换机芯片升级扩容等多种因素均是驱动光模块速率升级的重要因素,基本3~5年完成一次光模块速率的升级迭代。

 

3、客户壁垒高,可靠性&大规模交付能力是绑定大客户的关键,先发优势大。

 

4、类似于集成电路芯片,激光器芯片领域同样具备一定的规模效应。

 

五、光通信激光器芯片国产替代、高端产品替代

 

1)产品角度,当前10G及以下的国产程度已较高,25G仅有少部分厂商能批量发货,25G以上仍处研究或小规模试产阶段;

 

2)应用领域角度,国内厂商在电信市场的光纤接入和无线接入领域参与程度较高,数通市场加速渗透;

 

3)外延能力角度,国内厂商普遍具有除晶圆外延环节之外的后端加工能力,虽然外延技术与国外头部厂商仍有明显差距,但当前正持续追加投入。

 

技术突出聚焦高端产品国产替代、具备自主外延设计和制备能力以IDM模式发展的国内厂商更有竞争优势,国内厂商未来有望加速成长。

 

研报原文可以添加妙妙子微信(huxiuvip302)获取 

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