TCO镀膜玻璃：薄膜太阳能电池的关键辅材

1、行业概况

透明导电氧化物镀膜（
TransparentConductiveOxide,TCO）玻璃，是在平板玻璃表面通过物理（PVD）或化学镀膜方法（CVD）均匀镀上一层透明导电氧化物薄膜，主要包括铟、锡、锌和镉（Cd）氧化物及其复合多元氧化物薄膜。

TCO玻璃在薄膜太阳能电池中的作用除了透光和减反射外，还须起

到收集电流的作用。

这是由于薄膜太阳能电池中间半导体层几乎没有横向导电性能，TCO玻璃在薄膜太阳能电池中的作用除了透光和减反射外，因此，还必须起到收集电流的作用。

因此，未来薄膜电池随着BIPV（碲化镉薄膜电池）、钙钛矿电池（新一代薄膜电池）的放量有望带动TCO玻璃需求提升。

注：TCO玻璃是钙钛矿电池的重要组成，成本占比也较大。

而在性能方面，应用于薄膜电池的TCO玻璃除对导电性有要求外，还对光透过率、雾度（光散射指标）、高温稳定性、均匀性、激光刻

蚀性以及成本等都有要求。

根据靶材和掺杂物的不同，TCO玻璃主要有ITO镀膜玻璃、FTO镀膜玻璃（主流）和AZO镀膜玻璃三种，其主要原材料为TCO靶材（包括掺杂物）、玻璃原片（主要为超薄玻璃基板），生产商通过镀膜设备将掺杂的TCO靶材涂镀在玻璃原片上。

TCO玻璃的镀膜过程可在玻璃生产线上进行（在线），也可脱离生产线单独进行（离线），生产工艺主要分为物理沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等。

根据镀膜使用的TCO及掺杂物的不同，TCO玻璃具有不同的导电性能和光透过率，可被广泛应用于电子显示、薄膜及钙钛矿光伏电池、建筑玻璃等产品上。

2、TCO玻璃的分类

TCO玻璃的特性首先由其使用的TCO靶材决定，常见的ITO镀膜玻璃、FTO镀膜玻璃和AZO镀膜玻璃分别使用锡掺杂氧化铟（In2O3）、氟掺杂氧化锡（SnO2）和铝掺杂氧化锌（ZnO）作为TCO靶材。

1）ITO玻璃的主流生产工艺是磁控溅射，属于PVD中的一种，由于其具有良好的导电性能，可作为玻璃电极产品被广泛应用于平板显示器行业。

ITO玻璃初期也曾应用于薄膜光伏电池的前电极，但随着对光吸收性能要求的提高，TCO玻璃还必须具备提高光散射的能力，而ITO镀膜很难做到这一点且其应用于太阳能电池时在等离子体中不够稳定，因此在薄膜光伏电池上逐渐被FTO玻璃替代。

2）FTO玻璃主要采用CVD工艺镀膜，其导电性略差于ITO玻璃，起初可作为Low-E玻璃应用于建筑上。通过对原有生产配方和工艺进行改进后，目前已可制造出导电性较好、具有较高的光透过率和雾度（可对光进行散射）的FTO玻璃，成为薄膜光伏电池的主流选择。

3）AZO玻璃既可使用CVD工艺也可使用PVD工艺进行镀膜，由于其易于实现掺杂，可在掺杂后大幅提高导电性能。

AZO玻璃具有与ITO玻璃接近的光电性能，且原材料易得，生产成本较低，且在等离子体中性能更为稳定；而与FTO玻璃相比，AZO玻璃则拥有更强的导电性能和光透过率。

因此，AZO玻璃可以在不同领域对前两者形成替代，具有较大发展潜

力。但从目前来看，AZO无法进行在线镀膜，其膜层偏软且刻蚀后存放时间偏短（化学稳定性较差），因此暂时不是薄膜太阳能电池的最佳选择（薄膜太阳能电池的生命周期通常为20年以上）。

3、TCO靶材：种类丰富，价格差异大

TCO靶材种类丰富，价格差别较大。TCO玻璃的性质由TCO靶材直接决定，同时通过改变其中的掺杂物质也可在不同方面增强TCO的性能。TCO靶材是影响TCO玻璃成本的重要因素之一，其价格与所需要的金属元素（或）价格相关。

ITO的原料铟较为稀有，因此ITO玻璃成本较高，而FTO和AZO的原料主要是锡和锌，相对更易得且价格较低，因此后两者的成本相对较低。另一方面，铟的毒性强于锡和锌，使用不当或对环境有一定污染。

TCO靶材的制作壁垒较高，其质量、尺寸和纯度均会影响镀膜层的平整性和一致性。

目前TCO靶材（尤其是大尺寸高纯靶材）基本被住友和三井等日韩企业垄断，国内企业如先导薄膜（未上市）、壹纳光电（未上市）、隆华科技（300263）、江丰电子（300666CH）等已在部分靶材上实现国产化，但盈利水平较低。

4、玻璃原片：超白浮法玻璃是基础

用于光伏电池上的TCO玻璃需要具有良好的透光性，因此通常选用超白浮法玻璃。

目前国内仅有信义玻璃（868HK）、旗滨集团（601636）、金晶科技（600589）等公司具有超白浮法玻璃生产能力。

据卓创资讯，截至2022年7月底，全国在产超白浮法玻璃产线共有19条，合计产能（日熔量）12250吨/天。

另一方面，随着柔性钙钛矿电池的逐步发展，柔性玻璃（如康宁的WillowGlass）也可用作TCO的玻璃基板。

5、设备工艺：在线镀膜为主，设备国产化加快推进

镀膜设备决定TCO玻璃的镀膜工艺，是生产TCO玻璃的核心壁垒之一。目前TCO玻璃的主流镀膜工艺为PVD和CVD两种方式，其中采用PVD镀膜的设备及制造成本较高。

据板硝子欧洲技术中心的报告，一条光伏用TCO镀膜玻璃的磁控溅射产线（包设备）投资约4000万美元（约2.7亿人民币）。

据板硝子公告，其于2018年宣布将投资380亿日元投资计划，包括在美国新建一条TCO玻璃产线和在越南重启一条产线。

其中新建的TCO玻璃生产线采用在线的APCVD工艺进行TCO镀膜，产能为600t/d，投资额约为2.65亿美元（约17.9亿人民币），其中单台在线CVD镀膜设备约为1.2亿元人民币。

总体来看，虽然单台镀膜设备价格较高，但一条完整TCO镀膜玻璃产线的主要投资还是在浮法玻璃原片窑炉建设上。

镀膜设备领先的生产技术同样掌握在几家国外公司手中，其中德国的冯阿登纳（VonArdenne）、瑞士的奥瑞康（Oerlikon）和美国的应用材料（AppliedMaterials）均掌握PVD和CVD镀膜设备的生产技术；美国的CVV同时掌握APCVD和LPCVD镀膜设备的生产技术，可分别应用于在线和离线镀膜。

国内公司中，北玻股份（002613）在磁控溅射镀膜设备上拥有多年生产经验，2022年7月其自主研发、设计、制造的国内首条8.5代大尺寸TCO玻璃镀膜产线面世，达到世界前列水平。

PVD主要采用磁控溅射的方式，其工作原理是在真空的条件下使入射离子在电场的作用下轰击靶材，使得靶材表面的中性原子或分子获得足够动能脱离靶材表面，沉积在基片表面形成薄膜。

CVD镀膜的原理是以热能、等离子体放电等形式的能量使气态前驱体（TCO）在固体（玻璃）表面发生化学反应并沉积在固体表面，CVD镀膜工艺可分为thermalCVD和activatedCVD。

ThermalCVD通过加热来维持化学反应，其工作温度在500~700度之

间，而根据工作环境的气压不同thermalCVD还可进一步分为APCVD（常压）和LPCVD（低压）等工艺。

ActivatedCVD主要通过射频等离子体来激活和维持化学反应（如PECVD），受激发的分子可以在低温下发生化学反应，因此其工作温度仅为200~350度。

不同类型的镀膜工艺各有优劣，CVD镀膜具有良好的阶梯覆盖性能，便于制备复合产物，且其沉积相比PVD工艺较高。

膜层厚度方面，CVD镀层厚度高于PVD镀层，但其膜层表面会比基板粗糙，而PVD镀层的表面粗糙程度则与基板表面相近。

绕镀性上，CVD工艺可将膜层镀在基板的各个表面，而PVD工艺在背面和侧面的镀膜效果欠佳。

最后，由于CVD工艺会产生反应尾气，其通常会带有毒性和可燃性，处理不当可能会对设备和环境造成污染。

对于原片厂商而言，TCO镀膜可分为在线镀膜和离线镀膜，在线镀膜即将镀膜设备安装在浮法玻璃生产线的锡槽上方，离线镀膜则是镀膜则是独立于玻璃产线之外。

由于PVD设备较大且结构较为复杂，因此无法用于在线镀膜；而CVD设备相对简单，可用于在线镀膜。

在线镀膜由于与玻璃生产同时进行，可以减少额外清洗、重新加热等工序，因此制造成本比离线镀膜更低且沉积速度较快、产量较大，但因此也无法随时调整工艺参数导致灵活性较差。

离线镀膜设备可模块化设计，不仅可以根据客户需求调整配方和工艺参数，产能调整也较为方便。

在膜层特性上，在线镀膜的膜层硬度较高，因此其又被称为硬镀膜，但在透过率上在线镀膜的产品略低于离线镀膜的产品。

但是从全生命周期来看，在线镀膜的设备具有较强的专用性，且窑炉投产后改变玻璃生产线较难（需要在窑炉的锡槽上方预留空间），因此具有较高的退出成本。

同时，当前在线镀膜工艺主要用来生产薄膜光伏电池用的FTO玻璃，其原料将使用氟进行掺杂，会对窑炉有一定污染，可能降低窑炉的使用寿命。在薄膜组件需求尚未兴起时，超白浮法玻璃企业投资在线镀膜较为谨慎。

6、市场空间

美国头部光伏组件企业FirstSolar采用的是薄膜电池路线，而薄膜电池组件是TCO镀膜玻璃的重要需求来源。

据FirstSolar年报，其2021年末产能约7.9GW，公司计划2023/2024年产能将增长至14.5/16GW，未来两年新增产能将超过8GW，其中2023年美国和印度工厂各新增3.3GW。

国内方面，根据此前分析，我们预测受益于建筑节能及BIPV相关政策的推动，2022-2025年国内可安装薄膜电池BIPV的幕墙总面积有望达3.55亿平米，薄膜电池BIPV的总需求有望超过10GW（假设新建立面BIPV全部应用薄膜组件，屋面全部应用晶硅组件）。

我们假设FirstSolar出货量占海外总需求的95%，则到2025年全球薄膜电池组件需求有望超过23GW；假设组件单平米功率为150W，则对应TCO玻璃需求约为1.5亿平米。

价格方面，根据爱采购网的不同厂家标价，TCO镀膜玻璃价格区间与厚度和产品质量有关，3.2mm玻璃价格在60-70元/平米。

我们假设3.2mm的薄膜组件TCO镀膜玻璃价格约60元/平米，2.65mm左右薄膜组件TCO镀膜玻璃价格约40元/平米，但随着金晶科技等国内公司产能的快速释放和量产后单位成本下降，我们预计未来价格也会有所下降。

由于FirstSolar最新款组件的前板玻璃厚度为2.8mm，因此我们假设新增薄膜电池需求中薄玻璃的占比会逐渐提升，假设到2025年3.2/2.65mm的镀膜玻璃占比分别为20%/80%，对应2025年总的薄膜电池组件用TCO镀膜玻璃市场空间有望达55.5亿元，CAGR+20.5%，

“十四五”期间TCO镀膜玻璃总的市场规模有望达到211亿元。

1. 增长点——钙钛矿

（1）太阳能电池发展到现在大致分为以下三代：

1. 第一代是发展最久的硅基太阳能电池，制备成本较高，光电转换效率一般，电池器件稳定很好，使用寿命一般在20年左右。
2. 第二代多元化合物薄膜太阳能电池，主要包括砷化镓（GaAs）、碲化镉（CdTe）、铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池等，PCE较高，器件稳定性较好，电池器件制备工艺简单，但这类电池使用的材料部分元素严重污染环境且地球储备量很少，阻碍商业化和工业量产。
3. 第三代新型太阳能电池，主要包括钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池、量子点太阳能电池等。

制备工艺简单、原材料地球储备量大、光电转化效率较高，但目前电池稳定性比较差。

1. 钙钛矿电池概述

钙钛矿（Perovskite）是GustavRose在1839年发现，后来由俄罗斯矿物学家L．A．Perovski命名，最初单指钛酸钙（CaTIO3）

这种矿物，也就是是指含钙、钛和氧的矿物。

通常，钙钛矿化合物具有化学式ABX3，其中“A”和“B”代表阳离子，X是与两者键合的阴离子，大量不同的元素可以结合在一起形成钙钛矿结构。

ABX3结构的有机金属卤化物钙钛矿材料由于具有光吸收系数高、载流子迁移率大、合成方法简单等优点，被认为是下一代最有前景的光电材料之一。其中，甲铵碘化铅(MAPbI3)、甲醚碘化铅(FAPbI3)是应用最广泛的钙钛矿吸光材料。

（3）钙钛矿电池结构

钙钛矿电池主要分为：介孔结构和平面结构。

1. 介孔结构：目前文献中所报道的高效率的钙钛矿太阳能电池的结构是以透明导电玻璃（TCO）作为基底，再是空穴传输层（HTL）或电子传输层（ETL）、钙钛矿活性层和金属电极。

钙钛矿层夹在HTL和ETL中间。当钙钛矿层受到光照后，内部激子发生分离产生电子和空穴对，电子通过ETL导出，空穴通过HTL导出，当器件外加负载便能够形成完整的回路。

2）平面结构：钙钛矿材料具有良好的双极性载流子传输性能，电子-空穴扩散长度可达到微米级别。

除最开始的介孔结构（如上所示），平面异质结结构又分为n-i-p和p-i-n型被广泛研究（如图b、c所示）。

n-i-p正置结构钙钛矿太阳能电池如图b，一般的结构形式为导电玻璃-致密的电子传输层ETL-钙钛矿层-空穴传输层HTL-电极层，电池结构简单且不需要高温工艺；

p-i-n倒置结构钙钛矿太阳能电池如图c，一般的结构形式为导电玻璃-空穴传输层HTL-钙钛矿层-致密的电子传输层ETL-电极层。

（4）钙钛矿电池工作原理

因为钙钛矿这种材料的激子束缚能较小，当太阳光穿过TCO和ETL（电子传输），照射在钙钛矿活性层上，吸收光子后产生电子-空穴对（载流子），成为自由载流子或激子。

激子分离成电子和空穴，空穴和电子分别通过HTL（空穴传输）和ETL传输到两侧电极，电极两端将形成电位差。若此时将电极两端连接负载电路，则可以产生回路形成光电流。

1. 钙钛矿电池优势
2. 提效：钙钛矿的理论极限转换效率远高于晶硅电池和薄膜电池。钙钛矿材料的吸光性能远高于晶硅材料，能量转换过程中能量损失极低。

在理论极限上，晶硅太阳能电池、PERC单晶硅电池、HJT电池、TOPCon电池的极限转换效率为29.40%、24.50%、27.50%、28.70%。

相比之下，单结钙钛矿电池理论最高转换效率达31%，多结电池理论效率达45%，转换效率随着钙钛矿材料的叠加使用，转换效率不断提升至新的高度。

2）降本：造成本较低，仅为晶硅电池的30%

制备成本方面，硅料价格的持续上涨使得下游电池和组件厂商利润承压均出现一定程度的下滑。

而PSCs制作过程无需硅料，制作金属卤化物钙钛矿所需原材料储量丰富，价格低廉，且前驱液的配制不涉及任何复杂工艺，对纯度要求不高，后续组件对加工环境要求也不高，组件生产过程不需要晶硅电池的千度左右的加工温度，在生产过程中的能耗比较低，多数环节也不需要真空环境。

目前，钙钛矿组件成本结构占比最多的是电极材料，达37%，钙钛矿自身材料成本占比仅为5%，钙钛矿组件未来仍有较大的降本空间。

设备投资额方面，晶硅电池在四个不同工厂内分别加工硅料、硅片、电池、组件，此过程需要至少耗时3天，而PSCs的生产流程简单，可在45分钟内将玻璃、胶膜、靶材、化工原料在单一工厂内加工成为组件，产业链显著缩短，价值高度集中。

根据纤纳光电、协鑫纳米、牛津光伏等三家公司公布的数据，以达到1GW产能需要的投资金额来对比，晶硅的硅料、硅片、电池、组件全部加起来，需要大约9亿、接近10亿元的投资规模，而钙钛矿实现1GW产能需要的投资金额约为5亿元左右，是晶硅的1/2左右，比起投资更高的第二代GaAs薄膜太阳能电池，成本更是只有1/10。

1. 钙钛矿电池的缺点

1）不耐用：作为一种离子晶体材料，钙钛矿材料可谓是非常脆弱，不同材料与结构可能存在不耐高温、不耐光照、易水解、易氧化、易发生二次反应等缺陷。现阶段的钙钛矿电池寿命短，稳定性差，效率衰减过快，无法满足工业化生产的需要，一直是制约推广的最大障碍。

2）涂覆技术不成熟：钙钛矿层没法均匀涂抹在设备表面，对器件性能有明显负面影响，需要开发更好的喷涂工艺。

3）实际效率可能低：钙钛矿普遍使用TCO（透明导电氧化物）薄膜收集电流，而此类材料的一些物理性质会造成光损失，且随着面积的增大愈发明显，这导致钙钛矿组件的效率会明显低于单体电池。

4）不环保：钙钛矿材料是铅卤钙钛矿，但铅是一种有毒重金属，对环境等危害。

5）大面积制备与稳定性，是钙钛矿产业化主要瓶颈：

大面积制备效率损失严重。当光伏电池或组件面积增加时，效率的损失是不可避免的。这种损失是几个因素共同作用的结果，包括较高的串联电阻，较低的并联电阻，大面积的非均匀涂层以及死区面积。而钙钛矿电池在大面积制备时，效率损失尤为明显，核心难点在于控制保证各膜层均匀及死区面积：

目前钙钛矿电池只能在小面积范围内保持高效，随着器件尺寸增大，效率会明显下降，需进一步研究防止钙钛矿薄膜退化的封装技术和材料工程。

膜层均匀难以控制：大面积制备的钙钛矿电池，其面积/厚度比极大，玻璃衬底及膜层的细微不平整及不均匀，对于效率的影响都尤为明显；

死区面积：科研中目前主要使用小型单块钙钛矿电池来进行效率测试，而大面积制备中，需要将整块组件分割成多个单一子电池，子电池之间的连接处为死区，死区不具备发电能力。

钙钛矿溶液稳定性差，电池寿命短。钙钛矿材料制成光伏组件后稳定性低、衰减快，主要是由于两方面因素：

钙钛矿自身稳定性低：钙钛矿材料是离子键结构，与晶硅材料的共价键相比，更易发生分解与离子迁移；

对于外界因素敏感：钙钛矿层与空穴传输层材料对于水、氧、光、热等外界因素极为敏感。

目前，钙钛矿电池的T80寿命（效率下降至初始值的80%）约4000小时（0.45年），与晶硅电池的25年寿命相比差距巨大。

1. 商业化

2021-2022年间，四家钙钛矿领先企业已完成合计550MW中试线投产。预计2023年还将有5家以上的企业，合计超过600MW的中试线投产，行业整体规模有望GW级别。同时，已有多家头部企业宣布了其GW级产线规划目标，预计将在2024-2025年投产。

1. TCO镀膜玻璃竞争格局

国内TCO/FTO玻璃相关企业：国内能做TCO玻璃的仅有大连艾杰旭（稳定供货）和金晶（导入中）。

钙钛矿电池：钙钛矿电池仅前板需要TCO玻璃，背板为普通玻璃。生产1GW的钙钛矿电池需要711万平米FTO玻璃。

国内供货商仅有大连艾杰旭和金晶，价格方面，3.2mmFTO玻璃，艾杰旭去年价格为75（一方），金晶报价50-60；利润率均50%以上，艾杰旭产能仍有余量，后续可能出现价格战。

1)耀华玻璃：20世纪初和arkema有合作，建立了中国第一条low-E玻璃生产线，后来因收并购、技术人员纠纷等原因不再生产。

2)中国玻璃：专门做镀膜，原来只做传统镀膜，没有LOWE的技术。后来和中建材博士、浙江大学合作生产在线low-E玻璃，玻璃没有耀华质量好。

3)旗滨（601636）：以在线low-E玻璃上市，销售渠道较弱，能生产TCO玻璃，但没有路径销售。有技术实力可生产，主要取舍在于生产线的切换损失和污染问题。

4)耀皮（600819）：上海国资委和皮尔金顿联合成立耀皮玻璃，产品质量非常好。皮尔金顿（英国）给了大连旭硝子TCO授权，但没有给耀皮，因此耀皮只能生产LOWE。2022年底耀皮玻璃收购艾杰旭（大连艾杰旭，旭硝子的子公司），如果能获得授权，后续改造设备非常快（约3个月）。

5)金晶（600586）：引进美国PPG的技术，招了耀皮和大连旭硝子的技术人员，但磨合存在问题，TCO技术成熟度一般，没有实现大规模稳定批量供货。

公司于2022/10/10与国内钙钛矿电池研发生产领先企业纤纳光电签订《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。