第四章 產業分析
第一節 產業簡介
壹、產業背景
在「石油能源耗竭」與「溫室氣體排放」兩項重要議題下，促使世界各國重視各種 新能源與替代性能源之研究開發與應用，包括各種形式的可再生能源，如：地球上的太 陽能、風能、水能、海洋溫差能、波浪能、生物質能以及部分潮汐能..等等。而太陽能 的獨特優勢成為各國開發再生能源的焦點，相較於其他的再生能源，
太陽能具有源源 不絕、隨處可得、使用後不會造成污染..等優點，雖然
太陽能易受氣候、晝夜的影 響，但只要能透過轉換裝置將太陽能轉換成電能，並將有陽光時所產生的電能先行儲存 起來，就可以提供在無陽光時所需的能量。因此大部分的學者都預期，太陽能將是未來 人類仰賴的主要能源。目前太陽能產業中利用太陽能來發電的方法，包括有熱能發電與光電二大類。
太陽熱能發電是太陽熱能發電是利用聚光集熱器把太陽熱能聚集起來，將某種工 作流體加熱到數百度的高溫，然後經過熱交換器產生高溫高壓的過熱蒸氣，驅動渦輪 機帶動發電機發電。從渦輪機出來的蒸氣、壓力和溫度均已大為降低，經過凝結器冷 凝結成液體後，被重新泵回熱交換器，再開始新的循環。由於整個發電系統的熱源來 自於太陽能，因而稱為太陽熱能發電系統。整體而言，目前太陽熱能發電仍處於研發 階段。
太陽光電(Photovoltaic, 簡稱PV)指的是利用半導體元件，也就是所謂的太陽能電 池或稱為太陽電池，將光子能量直接轉換為電能，其原理就是所謂的光伏效應。
光伏效應(photovoltaic effect)一般而言是指光子射到半導體
p
-n
二極體後，p
-n
二極 體的二端電極，產生可輸出功率的電壓伏特值。如圖4-1。圖 4-1 太陽電池的作用原理.
來源:太陽光電資訊網
這過程包括光子射到半導體內產生電子-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，而產生 光電流。光電流再經由p
-n
二極體的金屬接觸 (metal contact) 傳輸至負載，這也就是光 伏電池(photovoltaic cell 或 PV cell) 的基本工作原理。不論是哪一種方法，目前的發電成本都遠高於傳統燃燒石化燃料發電的成本，所以 目前仍需要藉由政府補貼來帶動市場成長。
根據行政院經建會2009年5月20日公佈的資料，各國政府積極發展替代能源，促使 全球太陽光電產業蓬勃發展。2008年全球太陽光電累積裝置量約12GWp，產值約263億美 元；預估2015年可以增加到65GWp，產值達1,000億美元（如圖4-2）。
圖 4-2 全球太陽光電產值預估
資料來源：行政院經建會(2009 Marketbuzz，綠色能源產業旭升方案。) http://www.cepd.gov.tw/m1.aspx?sNo=0011846
貳、產業定義
太陽光電產業最主要的就是生產太陽光電系統的產業，太陽光電系統係運用光伏效 應將太陽光照射到半導體元件時，直接將光子能量轉換為電能。此產業可分為上中下 游，上游為原料，中游為太陽電池及太陽電池模組，下游為太陽光電系統。
其中太陽電池(solar cell)是指任何器件能經由吸收太陽光而直接產生輸出電功率 (electric power)，即直接同時輸出電壓和電流，也就是說，太陽電池吸收太陽光就能產 生一般電池的功能。光伏電池只是太陽電池的一種。因為市售太陽電池幾乎都是光伏電 池，因此除非特殊情況，太陽電池和光伏電池這兩個名詞通常是互用，又稱為太陽能晶 片。在中國大陸稱為硅晶片。
太陽電池的種類很多，依照使用材料與技術的不同，可分為矽晶太陽電池(包括:單 晶矽、多晶矽、III-V族..等)，薄膜太陽電池(包括:非晶矽/微晶矽、銅銦鎵硒CIGS、
鍗化鎘CdTe、有機材料等等)，如圖4-3所示。根據工研院IEK(2009.4)資料，以2008年 的市場佔有率而言，矽晶太陽能電池約佔87.5%，而薄膜太陽電池約佔市場的12.5%，所 以目前仍是以矽晶太陽電池為主。
2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015
0
200 400 600 800 1000 1200
年份 產值(億美元)
0 10000 20000 30000 40000
70000 容量(MW)
累計裝置容量 產值
60000
50000
圖 4-3 太陽能電池的分類 資料來源：Tokki (2009)
在徐作聖等(2009)之「產業分析」一書中指出太陽光電產業定義，太陽能產業 的上中下游，粗略可分為最上游的矽原料，中游的太陽能電池，以及下游的太陽 能模組與太陽光電系統。其主要是以矽晶太陽能電池為主的供應鏈來定義。但未 來的產業發展並不是只有矽晶太陽電池而已，所以上游之原料供應不會只是矽原 料。
而在康志堅、張蕎韻 (2009)，“2010~2012年全球太陽光電市場商機探索”一書中將 太陽能產業分成兩大部分，其一為太陽光電模組，其中又分為矽晶太陽光電模組與薄 (Thin Film)
Si系 (Dye sensitized)
有機薄膜
參、產業區隔
太陽光電產業可分為上中下游，其與其他產業最大的不同可由下列幾個方向來探 討:
一、關鍵元件為中游的太陽電池的製作技術與功能性。
太陽能電池產業最主要的生產元件為能將太陽光轉換為電流的太陽電池，就矽晶太 陽電池與薄膜太陽電池而言，其製造技術與半導體產業及液晶顯示器產業有類似的技術 背景,例如: 矽晶 (Silicon-based)太陽電池是使用晶片(wafer)當基板來製作太陽電池元 件，晶片本身就是光伏的作用區，其製造原理和過程都和半導體產業相當接近。而薄膜 太陽能電池則是使用玻璃、塑膠、陶瓷、石墨，金屬片等不同材料當基板，非晶或多晶 的薄膜光伏元件則長在此些基板上，基板本身並不參與光伏作用，其製造原理和過程都 和液晶顯示器產業相當接近。但其產品的功能性則與半導體產業及液晶顯示器產業不 同，而且太陽電池產業所使用的材料純度較低,如:矽晶片及玻璃.且製程也較簡單.
二、產業的新技術不斷的提出
太陽光電產業結合材料、半導體及液晶顯示器、化學、機電...等等各個領域的技 術，轉換效率及成本為其主要之競爭因素，因此也持續有新技術的產生以提升轉換效率 及成本。但因新技術發展多不具連續性，新進業者仍可因技術優勢而在市場存活，與半 導體及液晶顯示器業者為大者才能生存之特性不同。
三、產業的特殊性
太陽光電產業屬於再生能源產業的一員，也是國家能源供應的一環，故系統的穩 定、壽命與保養等遠比半導體及液晶顯示產品嚴苛，尤其是電池模組及光電系統驗證時 間長，甚至需要以十年以上時間確認新技術的可行性，故亟需不同環境資源與政策配 合，方能協助此新興產業的發展。