薄膜太阳能电池发展背景

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1、薄膜太陽能電池發展背景受到地球暖化衍生的環保問題，以及化石燃料（石油、煤炭及天然氣等）資源有限的危機所影響，利用太陽能發電成為近年來倍受各界矚目的焦點之一。太陽能發電的技術，依製程區分主要分為結晶矽（Waferbase）及薄膜（ＴhinFilmbase）太陽能電池兩大類。其中因矽具有無毒性、氧化物穩定等優點，加上產業界已有成熟穩定的工業處理技術來處理矽材料，因此，矽晶太陽能電池為目前市場應用主流，占全球市場約達九成。然而，由於近年來德國、西班牙等國在太陽能推動政策影響下，太陽能電池模組市場需求強勁推升，200

2、7年，太陽能電池模組的需求增溫，曾導致矽原料嚴重缺貨，價格飛漲。雖然自2008下半年以來，因多晶矽廠商產能陸續開出，加上市場需求趨緩，促使矽原料價格逐漸調降，但矽原料價格不穩定的經歷，已讓太陽能廠商更加體認風險分散的重要性；再者，矽晶太陽能產業因設備及製程技術成熟、進入門檻低，在眾多競爭者的產業中，以往的高毛利時代已難以復見，促使太陽能廠商加速將研發觸角轉向薄膜太陽能電池領域。 薄膜太陽能電池發電原理薄膜太陽能電池，是以pn半導體接面作為光吸收及能量轉換的主體結構。在基板上分別塗上二種具不同導電性質的p型半導

3、體及n型半導體，當太陽光照射在pn接面，部份電子因而擁有足夠的能量，離開原子而變成自由電子，失去電子的原子因而產生電洞。透過p型半導體及n型半導體分別吸引電洞與電子，把正電和負電分開，在pn接面兩端因而產生電位差。在導電層接上電路，使電子得以通過，並與在pn接面另一端的電洞再次結合，電路中便產生電流，再經由導線傳輸至負載。從光產生電的過程當中可知，薄膜太陽能電池的能量轉換效率，與材料的能隙大小、光吸收係數及載子傳輸特性攸關，因此廠商就提升轉換效率的研發方向，往往也從材料選用、鍍膜方面著手。圖一　薄膜太陽能電池

4、發電原理 資料來源：資策會MIC，2009年1月 薄膜太陽能電池類別薄膜太陽電池中有許多種技術，包括矽薄膜技術(包括非晶矽、微晶矽及薄膜多晶矽)、化合物半導體技術（包括銅銦鎵硒CIGS及碲化鎘CdTe）及新興材料技術（包括有機電池、奈米技術、球狀矽技術等）等，其中前二類已有量產。以下將針對已量產的薄膜太陽能電池做介紹。 矽薄膜太陽能電池非晶矽太陽能電池（AmorphousSilicon；a-Si）矽薄膜類中的非晶矽太陽電池，為各類薄膜太陽電池中發展時間最長，也是目前薄膜太陽能電池中量產最多者。矽薄膜太陽能電池

5、所使用的矽原料量，約為結晶類太陽能電池的1/100左右，利用化學氣相沉積法（ChemicalVaporDeposition，簡稱CVD）或濺鍍法（sputtering），形成僅有數μｍ厚度的矽薄膜，具有輕薄、省材料的優點。然而，由於非晶矽薄膜有照光穩定度問題（即指電池長期在強光照射下，轉換效率會降低的光劣化現象），一直難以擴大普及率。但隨著二層（Tandem）或多層接合太陽能電池（Multijunction）技術的發展，矽薄膜電池透過不同能隙材料的堆疊，增加光吸收能力，可達到轉換效率提升的目的。微晶矽太陽能電

6、池（MacroCrystallineSilicon；μc-Si）90年代初期被大量研究的微晶矽，則是屬於非晶矽的改良材料，主要是在非晶體結構中具有微小的晶體粒子，其結構介於非晶矽和晶體矽之間。因此微晶矽除了可薄膜化、光譜吸收範圍廣外，更具有不易出現光劣化效應的優點，因此常被用來與非晶矽薄膜堆疊，以提高轉換效率。低溫多晶矽太陽能電池（LowTemperaturePolySilicon；Poly-Si）低溫多晶矽技術主要特點在於改變玻璃基板分子構造，以提昇傳統非晶矽技術性能。利用準分子雷射作為熱源，雷射光經過投射

7、系統後，會產生能量均勻分布的雷射光束，投射於非晶矽結構的玻璃基板上。當非晶矽結構玻璃基板吸收準分子雷射的能量後，會轉變成為多晶矽結構，具有較高的光吸收能力。因整個處理過程都是在600℃以下完成，所以一般玻璃基板皆可適用。 化合物半導體薄膜太陽能電池銅銦鎵硒太陽能電池（CopperIndiumGalliumSenillide；CIGS或CIS）1977年，本類太陽能電池由美國Maine大學開始研究，材料由原先銅銦硒(CIS)三元素組成，後來為提升轉換效率，演變至銅銦鎵硒(CIGS)四元素。CIGS為直接能隙材料

8、，比非晶矽具有更高的吸光係數。美國可再生能源實驗室製造的CIGS薄膜太陽能電池，轉換效率最高可達19.2%，一般商用模組則可達10~12%。由於銅銦鎵硒太陽能電池具有高轉換效率及低材料成本的優點，成為業界關注焦點之一。碲化鎘太陽能電池（CadmiumTelluride；CdTe）此類電池最早由Kodak公司於1982年製造出來，轉換效率超過10%，而目前實驗室最高的轉換效率可達17%，是由美國再生能