隨著原油價格持續飆漲、環保意識提高的影響及京都議定書之簽定，使得 各國無不積極尋求太陽能、風力、地熱、水力發電、生質能、潮汐能等替代性能 源。而2000 年德國實施新再生能源法，以及各國政府相繼提高且明訂未來再生 能源佔電力供應的比例及推行太陽光電系統補助計畫，太陽光電市場需求較以往 年度大幅成長。另外，美國加州不但通過二十八億美元的太陽能計畫，緊接著在 聯邦參議員能源委員會更通過「加州百萬太陽能屋頂法案 SB1」，鼓勵加州住宅 屋頂裝設太陽光電模組。據歐盟太陽光電產業協會(EPIA)統計，從 1998 年起，
太陽光電產業出貨量便以每年35%高速成長，2004 年的產業規模為七十億美元，
國內工研院更估計，到2010 年，全球太陽發電與光電業的產值將超過新台幣一 兆五千億元。因此，在探討太陽光電產業的競爭優勢，同時也必須對其市場及技 術發展趨勢，作一深入了解。因此，以下將針對太陽光電的全球發展及現況作一 總體性探討。
3-1 太陽電池原理與製程
1954 年美國貝爾實驗室，首先利用矽整合技術，提出效率 6%太陽光能轉換 成電能的太陽電池，為太陽光伏現象的先驅。所謂的太陽電池(solar cell)係一種 利用太陽光照射直接產生電的熱電轉換光電半導體元件，是一種光伏效應 (photovoltaic effect；PV)。所謂的光伏特效應一般而言是指光子入射到半導體元 件內產生電子-電洞對，電子和電洞因半導體 p-n 接面形成的內建電場作用而分 離，電子和電洞往相反的方向各自傳輸至二端電極來輸出。如果入射光子在空間 電荷區被吸收產生電子-電洞對，電子會因為內建電場的影響而向 n-型區漂移 (drift)，而相對地，電洞會因為內建電場的影響而向 p-型區漂移。也就是說，入 射光子在空間電荷區被吸收產生電子和電洞，因為內建電場的影響而產生從 n-型區向 p-型區的漂移電流，就是所謂的光電流 (photocurrent)。太陽電池發電原 理如圖3-1 所示。
圖3- 1 太陽電池工作原理
資料來源：中華太陽能聯誼會，製圖:查丁壬
簡單而言，太陽電池構造是以 p-型與 n-型半導體材料接合形成電池的 正極與負極。太陽光電發電原理－當陽光照射太陽電池時，入射陽光的能量 會使半導體材料內的正、負電荷分離(產生電子-電洞對)。正電荷-電洞(Hole)、
負電荷-電子(Electron)會分別往正(p-型)、負(n-型)極方向移動並且聚集。正、
負極接上負載時，將會形成電流，可以對負載作功(燈泡會亮、馬達會轉)。
如圖3-2 所示。
圖3- 2 太陽電池構造及發電原理
目前傳統標準型矽晶太陽電池的製造流程如圖3-3 所示，其製程與半導體製 程及TFT-LCD 製程類似，如圖 3-4 及 3-5 所示，三個產業的產業特性比較如表 3-1 所示；而太陽電池製程相對於半導體或 TFT-LCD 製程顯得較簡單，而其模 組製程與TFT-LCD、LED 及資訊電子多有某種程度的類似。
圖3- 3 傳統標準型太陽電池製程
負 載
上電極 Electrode
抗反射層
Anti-Refection Coating
n型半導體
n-Type Semiconductor
+
-
電流
Electric
Texture蝕刻 磷擴散
回火
抗反射層製作 網印金屬電極 金屬電極燒結 I-V 電性量測 Forming Gas處理
電漿蝕刻 氧化層去除
圖3- 4 半導體製程流程
資料來源：旺宏電子
圖3- 5 TFT-LCD 製程流程圖
表3- 1 太陽電池與半導體及 TFT-LCD 產業特性比較 2001~2005 CAGR：78%
2005：600 億美元 2001~2005 CAGR：42%
2005：2,270 億美元 2001~2005 CAGR：13%
結構 -投資資本較低 資料來源：Daiwa institute of research LTD
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池包含有磷化鋅太陽電池、Se 系太陽電池、Cu2S 系太陽電池等種類。最後一類 為有機化合物染料敏化太陽電池，目前仍再積極開發提升轉換效率中，未來若能 突破轉換效率的限制，在成本的考量上將有很大的競爭力。表3-2 為各種太陽能 電池材料之間光電轉換效能優劣比較。
圖3- 6 太陽能電池分類圖
太陽電池
矽晶
非矽晶
晶體類
薄膜類
球型類 化合物
有機類
單晶 多晶
Amorphous Thin-film tandem
Ribbon
CIS/CIGS
Dye-sensitized etc.
表3- 2 太陽能電池材料特性比較
矽 單晶矽 Single-Crystalline Si 24.7%
(4.00 cm2) 微晶矽 Micro-Crystalline Si 10.1%
(1.199 cm2) Crystalline Si
Tandem 太陽電池提升之方法及其結構設計及改良，如射極保護型(Passivated Emitter Solar Cell，PESC)、微孔洞射極保護型(Micro Grooved Passivated Emitter Solar Cell ， µgPESC) 、 背 面 擴 散 射 極 保 護 型 (Passivated Emitter Rear Rocallly Diffused，PERL)、電極埋入式等單晶太陽電池，由於結構設計的改良，因 此也促成單晶矽太陽電池之轉換效率得以不斷的穩定成長。目前工業生產的 單晶矽太陽能電池效率可達18.5%，而其理論極限效率約為 25%，且發電特
性極為穩定，約可達20~30 年之耐久壽命等優異條件。一般單晶矽太陽電池 多半多使用在人造衛星及汽車等，小面積需要較高發電轉換效率的地方。
B. 多晶矽太陽能電池
多晶矽太陽電池的結構與單晶矽類似，諸多單晶太陽電池的結構與製程技 術皆可應用到多晶矽太陽能電池上，且多晶矽太陽能電池在原材料矽純度 與結晶化的程度比單晶矽低，因此能夠有效地降低成本。目前由於多晶矽 太陽能電池效率已經逐漸逼近單晶矽太陽電池，因此多晶矽太陽電池為目 前生產的主流，其在矽基太陽能電池的市場佔有率超過50%以上。
C. 薄膜型太陽電池
目前全球積極開發的是如何在低成本基板(如不銹鋼，玻璃，銅甚至是可撓 性有機基板上)，製做出薄膜型之多晶矽太陽電池。目前製程以低溫多晶矽 薄膜(Low Temperature Ploy-Silicon，LTPS)技術為主，一般可分成直接沉積 技術和再結晶技術兩種類型。以直接沉積型而言，又可分成以下兩種技術：
(1)常壓化學氣相沉積；(2)觸媒式化學氣相沉積。若以再結晶型技術，可分 成以下三種技術：(1)固相再結晶技術；(2)雷射退火再結晶技術；(3)金屬誘 發再結晶技術。在上述的技術當中，因常壓化學氣相沉積需在較高的製程 溫度，目前的玻璃基板無法承受如此高的溫度，所以無法用於LTPS 薄膜製 程。而固相再結晶技術則是利用瞬間加熱(RTA)的方式讓 SiH4 解離後沉積 於表面形成多晶矽薄膜，但是瞬間的加熱會使玻璃基板產生不必要的殘留 應力，甚至破裂，製程上控制不易，所以也不受廠商的廣泛使用。因此目 前以多晶矽薄膜之低溫製程為主流，主要利用準分子雷射對基板上之非晶 矽膜（或晶粒較小之多晶矽薄膜）照射（加熱）熔化，然後凝固成多晶矽 薄膜，稱之為雷射退火技術（Laser Annealing，LA）或雷射結晶技術（Laser Crystallization Method）。由於準分子雷射之照射僅在局部區域，只讓照射 區之矽薄膜部分承受較高之熱量，其他區域受到的影響則較小，因此稱之 為低溫製程，這樣的製程將可因為基板局部加熱過程中，溫度不會過高將 可避免基板之變形。另一個常用的 LTPS 製程為金屬誘發再結晶法(Metal Induced Crystallization，MIC)。相較於傳統的 SPC，薄層金屬在結晶形成前 即先被包覆，而金屬成分即扮演了降低結晶化的活性功能。舉例來說，在 製備多晶矽薄膜的方法中，鋁誘發的方式是較為簡單的，此方法能在較低
溫下（約500-600℃）製造出多晶矽。當鋁與矽之成分約為 12.6%時，其共 晶溫度最低，約在577℃左右。金屬誘發再結晶法則是將非晶矽膜與某些特 定金屬接觸時，在約500℃以下的低溫退火後會反應產生矽化物，並以此為 晶核誘發非晶矽的再結晶化以得到多晶矽的方式。對於多晶矽薄膜之製程 中，所形成之晶粒越大越佳，這是由於晶粒越大、晶界（缺陷）越少，具 有較大的載子移動率，因此電子元件的性能越好。由非晶矽薄膜轉變為多 晶矽薄膜之製程可概分為高溫與低溫製程，不管以何種製造方式（如加熱 融化再冷卻凝固、化學氣相沈積等），高溫是有利於晶粒之變大。不過高 溫製程的缺點是會限制薄膜基材（Substrate）材料之選擇，因此像玻璃或塑 膠等材料則無法作為高溫製程之基材，所以會增加製作成本。而低溫製程 除了沒有上述高溫製程的缺點外，還可減少能量之消耗，降低殘留熱應力，
減少雜質從基材進入薄膜，因此不少多晶矽薄膜都使用低溫製程，不過此 製程目前所製成的晶粒不大，轉換效率較低，造成製程的相對成本較高。
除了在材料上的突破，為了提高上述三種太陽能矽電池的轉換效率，構造 的改良也是大家致力發展的重點，以下為三種主要的結構設計：
(1)改良接合構造
為了達到太陽光照射後在半導體元件內產生的電子與電洞分離，取代從外部附 加電壓的方法，改變成直接在半導體內部製造電場。
(2)改良電極構造
為了達到最少損失，得到良好的歐姆接觸(Ohmic contact)低的串聯電阻及受光 面等問題，提出由Finger 及 Bus bar 電極其形狀樣式及面積都是受光損失最小 及串聯電阻最小等電極改良方法。
(3)改良封存光構造
由於 Si 在短波長區域有 54%及長波長區域內有 34%之反射損失，可運用不同 折射率之透明材料作成反射防止膜(Anti-Reflection Coating)，以減少反射損 失。由於太陽能電池之受光面為平坦鏡面雖有反射防膜也很難避免完全不反 射。因此在光面上作出金字塔群結構，在某一金字塔面上向下方反射之光，可 活用為其他金字塔中進入達多重反射效果，以減少反射作用。
D. 非晶矽太陽能電池技術
於1970 年代，科學家即發現利用電漿化學氣相沈積(Plasma Chemical Vapor
Deposition，CVD)方法，以矽甲烷(SiH4)氣體製備之非晶矽對於可見光具有良 好的吸收係數及優良的光傳導等特性。其後經美國RCA 公司製作出第一組非 晶矽太陽電池，其轉換效率可達2.4-5.5%。非晶矽的誕生至今已有一段歷史，
由於轉換效率不高，一般非晶矽太陽電池主要作為民生用品，例如太陽能計算 機、太陽能玩具等。由於具備低溫製程相容性，目前技術應用在可撓性基板上 生產超薄且大面積非晶矽太陽電池。相較於矽晶而言，非晶矽太陽電池效率及
由於轉換效率不高，一般非晶矽太陽電池主要作為民生用品，例如太陽能計算 機、太陽能玩具等。由於具備低溫製程相容性，目前技術應用在可撓性基板上 生產超薄且大面積非晶矽太陽電池。相較於矽晶而言，非晶矽太陽電池效率及