在太陽光電系統之成本結構中,以太陽能模組成本最高,約占六成以上,而太陽能模組中約七成的成本是太陽能電池,因此如何強化太陽能電池技術發展、有效降低成本,便是降低整體太陽光電系統成本、促進太陽光電更加普及應用的關鍵。

目前太陽能電池的主流是矽晶圓太陽能電池,占了總產量的九成左右;然而近年面臨主原料矽材短缺的壓力,傳統矽晶圓太陽能電池難以符合快速成長的太陽光電市場需求,使得減少或不需矽使用量的薄膜太陽能電池成為近來矚目的焦點。

薄膜太陽能電池種類眾多,主要包含有矽薄膜類(非晶矽a-Si、微晶矽 c-Si、堆疊型a-Si/ c-Si等)與化合物半導體類(銅銦鎵硒CIS/CIGS、碲化鎘CdTe),與新概念的染料敏化類。雖然目前薄膜太陽能電池的市占率不到一成,其轉換效率、量產良率、設備成本等問題也待克服,然而薄膜太陽能電池具節省材料、可在價格低廉的玻璃、塑膠或不鏽鋼基板上製造、可大面積製造、可製成可撓性、容易搭配建築外牆施工應用彈性大等優點,已廣被各太陽光電業者、研究機構所看好將是次世代的太陽光電明星產品。

隨著太陽光電市場的急遽增長,全球太陽電池的產量也以平均年成長40%的速度快速增加,到了2006年時年產量已達2,536MW;而薄膜太陽能電池雖然總產量無法與傳統矽晶圓式相匹敵,但其2003-2006年的年平均成長率高達60.5%,更甚於總體太陽能電池的成長(40%),於2006年產量達到192MW,市占率為7.6%。

薄膜技術中以非晶矽太陽能電池為最大宗,碲化鎘太陽電池產量成長最快,銅銦鎵硒太陽電池深具成長潛力;但一般預估,薄膜太陽能電池至2010年將會步入較佳的量產發展,市占率將提高到約12-20%,總產量可達1GW以上。而染料敏化太陽電池量產的腳步較慢,預計要到2030年才能有較佳的技術成熟度與量產表現。

即使是原生產矽晶圓太陽電池的廠商,也不能忽視薄膜太陽能電池的發展潛力而多有平行發展或相關投資研發計畫。以2006年全球前15大太陽能電池生產廠商觀之,除了排名13的First Solar是專產碲化鎘薄膜太陽能電池之外,其他14間廠商皆以生產矽晶圓太陽能電池為主力,而其中又至少有八家有跨入薄膜領域的動作或計畫,這些廠商多以投入和原矽晶圓技術關聯較高的矽薄膜技術領域居多。

目前有商業化量產的薄膜太陽能電池,以碲化鎘技術的First Solar單一廠商的產量最大,而矽薄膜技術家數較多總產量最大為領導技術,銅銦鎵硒技術正在興起投入家數雖多但實際量產者尚寡,而染料敏化技術尚未真正量產仍以研發為主。

綜合而言,薄膜太陽能電池與傳統矽晶太陽電池不一定處於相互取代的地位,兩者間各有不同的發展空間及特性。更重要的是,多元化技術與產品的薄膜太陽能電池擴展了太陽光電的可應用領域,有助於整個產業的普及化。

目前薄膜太陽能電池可用多種鍍膜方法,未來的成功發展將不會只憑藉單一種材料或單一種製程技術。薄膜太陽能電池技術具有降低成本的高潛力,在規模量產下每瓦的製造成本與單位售價可低於矽晶太陽電池,根據對各類太陽光電模組技術製造成本的推估,矽晶圓式太陽能模組成本即使至2015年每瓦成本也仍須$1.2~$1.5,要達到$1/W的具競爭力目標恐怕不容易,但薄膜模組至2010年即有可能下降到$1/W;然而效率一直是薄膜太陽能電池最需要強化的關鍵。

以商業化模組來看,名列前茅者仍為矽晶圓太陽光電技術(17.7%),薄膜技術中以WurthSolar的11%CIS模組表現最佳,其次是First Solar的9.4%CdTe模組、Sharp的8.5%的矽薄膜模組,因此薄膜太陽光電技術在商業化的效率表現上仍不及現世代太陽能電池,仍有待量產技術強化之處。

台灣在太陽能電池產業上仍缺乏上游材料自有供應體系,發展太陽光電產業很容易受制於缺料瓶頸,因此轉換至原料成本較低的薄膜太陽能電池將是未來發展的方向之一。目前台灣太陽光電產業仍以矽晶圓太陽能電池廠商為主,薄膜太陽能電池投入廠商仍為少數,正式宣稱投入者大約十家,並以投入矽薄膜太陽能電池技術為主。

但是國內廠商開始研發薄膜太陽能技術的時間遠落後於國外,尚無廠商具足夠競爭力的量產技術;此外,除了技術效率等因素需強化,薄膜太陽能電池在產業上發展最大瓶頸為設備成本過高,設廠成本約為矽晶圓技術的四到五倍。

薄膜太陽能電池與TFT-LCD其實有若干類似之處,然而薄膜太陽能電池製程尚未標準化,關鍵製程設備單價高昂,對於設備技術要求比TFT-LCD低,因此設備設計不能完全移植TFT-LCD或半導體作法,目前國內投入薄膜領域的廠商仍以購買整廠輸出的設備技術為主,因此未來國內廠商仍須積極加緊研發腳步,擺脫關鍵設備與技術受限於人的困境,以抓住龐大商機,建全產業發展體質。

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