矽晶

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新興市場

Emerging Market

矽晶(c-Si)太陽光電技術

Crystalline Silicon PV Technologies

英業達集團公司董事長室顧問

林江財博士

2016年10月26日

2016 中技社太陽光電技術發展趨勢研討會

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簡報大綱

一、全球太陽光電市場與發展趨勢二、矽晶太陽光電產業發展現況

三、提高轉換效率與降低成本的技術四、矽晶太陽光電產業技術發展趨勢五、結論與建議

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一、全球太陽光電市場與發展趨勢

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全球主要能源需求與CO

₂

的排放預測

CO

₂

的排放全球主要能源需求

資料來源：Pictures of the Future, www.siemens.com/pof, Fall 2009. 4

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以再生能源取代化石燃料預測

資料來源：Andy Kerr, Edinburgh Centre for Carbon Innovation (ECCI), University of Edinburgh, January 30, 2016.

化石燃料再生能源

單位：GigaWatts (GW)

1 GW = 10⁹ W = 10 億瓦

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2015年底全球再生能源占總發電量比例

資料來源：REN21 Renewable 2016 Global Status Report, 2016年06月2日.

• 2015年全球再生能源總容量：

1,849 GW，比2014年增加近9%

• 再生能源占全球發電容量的

28.9% ，提供全球23.7% 的供電需求

全球暖化、地球走向極端氣候的變化，未來碳權

交易的實施，有利於綠色再生能源中長期的發展

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2015年12月巴黎氣候峰會COP21後

• 為了限制全球暖化在  2C 情境下，全球必須投資5.2 兆美元(US$ 5,200B)的金額。

• PV在2015-2020投資比例約占43%，到2036-2040的5年中約占62%。

資料來源：Ethan Zindler and Ken Locklin, Mapping the Gap: The Road from Paris, BNEF/Ceres, 27 January 2016.

12,500 GW

十億

美元十億瓦

Renewable energy needs 75% more to halt global warming!

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全球沒有電力的人口達12億

資料來源：Off-Grid Solar Market Trend Report, 2016, World Bank Group, February 2016.

(單位：百萬)

12億 6 億

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2020年獨立型 (Off-Grid)太陽光電系統需求高達31億美元

資料來源：Andy Kerr, Edinburgh Centre for Carbon Innovation (ECCI), University of Edinburgh, 30 January 2016.

Find out more about quality verified products at www.lightingglobal.org/products/

• The market for off-grid solar technologies is growing fast and will make a major dent in the $27 bn currently spent each year on lighting and charging mobile-phones using kerosene, candles, battery torches,...

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2015年各國安裝太陽光電成本(USD/kWp)

資料來源：Letting in the Light, How Solar PV Will Revolutionise the Electricity System, IRENA 2016.

• Continued cell efficiency improvements are an important contributor to the

reduction in materials costs for modules. Average cell efficiencies of 20-22% could occur by 2025, compared to 16-17% in 2015.

• From 2010 to 2015, the capacity-weighted average LCOE declined by 58%. To 2025,

the global weighted average LCOE of utility-scale PV systems is expected to

continue its downward trend and to range as low as USD 0.03-0.12/kWh.

國家住宅公共事用

巴西 ^3,210 ^2,022

中國大陸 ^1,550 ^1,439

德國 ^1,632

^1,200

印度

^1,500

^1,403

日本 ^3,200 ^2,130

美國 3,571 - 4,603 2,336

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資料來源：International Technology Roadmap for Photovoltaic, Seventh Edition, March 2016. 11

多晶矽/矽晶片/太陽電池/模組價格預測

• 假設條件：每Wp使用5.4g 多晶矽材料，多晶矽太陽電池平均效率17.55% {4,27Wp}。

• 比較不同時期，矽晶模組產業鏈的成本分析。01/2010 (1.86 US$/Wp), 12/2013 (0.72 US$/Wp),

與01/2016 (0.57 US$/Wp)

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2009-2016年全球太陽光電模組售價變化

資料來源：IRENA, The Power to Change: Solar and Wind Cost Reduction Potential to 2025, June 2016. 12

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全球太陽光電學習曲線圖 PV Learning Curve

資料來源：International Technology Roadmap for Photovoltaic Seventh Edition, March 2016. 13

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2015年個別國家系統周邊(BOS)的成本分析

資料來源：IRENA, The Power to Change: Solar and Wind Cost Reduction Potential to 2025, June 2016. 14

(15)

能源界的奇蹟  太陽光電的崛起

資料來源：Maycock, Bloomberg New Energy Finance, April 2016. 15

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太陽光電模組的價格在1975年($ 101.5/watt ) 是目前2016年9月($ 0.447/watt)的227倍。

太陽光電模組的售價已經大幅下降

資料來源：Perez & Perez, 2015. 16

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資料來源：Letting in the Light, How Solar PV Will Revolutionise the Electricity System, IRENA 2016.

2000-2015年全球PV的累計裝置容量(GWp)

年度 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 PV累計裝置

容量(GWp) 1.4 1.8 2.2 ^2.8 ^3.9 ^5.3 ^6.9 ^9.4 ^15.8 23.2 ^40.0 ^69.7 100.5 138.9 179.4 257.0

太陽光電自2009年(23.2 GWp)到 2015年，安裝量成長11倍；自 2002 年(2.2 GWp)到2015年(257 GWp)，

安裝量成長116倍。

• 根據綠色科技媒體研究公司

（GTM Research）預測，

2016年底美國太陽能發電量 將達14 GWp（10億瓦），較 2015年大幅增長85%。

• 其中超過70%來自發電廠等級的大型太陽能電廠，每個發電廠約使用了數千個到數百萬個太陽能板。

• 14 GWp的發電規模有多大？

它大約可供給230萬個家庭的用電量，或約是14 個大型天然氣或燃煤發電廠的發電量。

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根據Solar Power Europe

的最新資料，預計2016年

全球太陽能光伏安裝量將

超過60 GWp，而2015年

安裝50.6 GWp。

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資料來源：International Technology Roadmap for Photovoltaic, Seventh Edition, March 2016. 18

太陽光電發電均化成本(LCOE)變化趨勢

財務規劃假設：借貸80% 、年利息5%、貸款期限20年、

年通貨膨脹率2%、系統壽命 25年

PV系統設定價格

均化成本

在未來LOCE降到USD 0.05 – 0.10/kWh是可行的！

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2014-2025年太陽光電發電系統成本分析

資料來源：Jutta Trube, www.renewables-made-in-germany.com, 2016-02-29.

PV系統成本是以歐洲、美國> 100 kWp系統來估算

PV系統包含：

模組逆變器纜線

支撐架/追日土地

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2016-2021E年全球太陽光電需求預估

資料來源：Mohit Anand, GTM Research, Global Solar Demand Monitor Executive Summary, July 2016. 20

(21)

世界各國2016E年太陽光電市場需求排序

資料來源：Mohit Anand, GTM Research, Global Solar Demand Monitor Executive Summary, July 2016. 21

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預估2030年世界各國PV安裝量(GWp)

資料來源：Letting in the Light, How Solar PV Will Revolutionise the Electricity System, IRENA 2016. 22

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加州100 MWp大型太陽能電廠

資料來源：Conor Ryan, PV-Tech, http://www.pv-tech.org/news/recurrent-energys-100mw-mustang-solar-project-reaches- commercial-operation, August 24 2016.

Rucurrent Solar (阿特斯（Canadian Solar）於2014年底宣布 收購的美國子公司)在加州所建設的100 MWp大型太陽能電廠 Mustang Solar Power Project 於2016年8月23日完工、併網，

同日已展開商轉。每年所發電力相當於4.5萬個家庭的用電量。

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太陽光電與風力發電成本已破世界紀錄

資料來源： Michael Liebreich, BNEF Summit, New York, 5 April 2016. 24

(25)

二、矽晶太陽光電產業發展現況

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(26)

由多晶矽原料到太陽光電系統產業鏈

資料來源：Wikipedia, From a Solar Cell to a PV System.svg 2016. 26

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全球太陽光電模組價格下降快速

• 在2年內價格降低

約≈20%

• 多晶矽材料仍占有

相當的成本比重

• 目前模組占比僅約

41%

降低模組成本:

- 提高效率(材料 + 設備利用),

- 對於特殊市場，優化產品性能 (利基 vs.大量),

- 藉由增加太陽電池效率，並優化CTM的耗損，改善模組輸出功率

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多晶矽材料製造以西門子法為主

 2010: US$ 67/kg

E 2012: US$ 20/kg

February 2016: ≈ US$ 14/kg

• 多晶矽價格與產能過剩相連結

• 仍然以西門子法為主流

• 流體床法( FBR)具有降價的潛力，占比將緩慢提高

• 其他技術(火法冶金、

磊晶成長、…) 已

有可行但尚未成熟

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太陽光電矽晶片切割技術

多晶矽晶片以碳化矽磨料線切

割為主 期望轉為鑽石線切割

單晶矽晶將以鑽石線切割為主

多晶矽

單晶矽

碳化矽磨料線切割

鑽石線切割

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太陽光電矽晶片厚度薄化

矽晶片主流厚度是 180μm，減薄相當緩慢！

■ 模組封裝技術可使矽晶片厚度降至100 μm：

• 多晶矽晶片厚度在2020年降 至160 μm

• 單晶矽晶片厚度可以稍微薄 些 (因為使用作石線切割) ■ 新的模組封裝技術，可以更減

薄矽晶片的厚度

100 μm

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太陽電池用銀膠電極材料

導電銀在矽晶太陽電池仍是主要電極材料

2009年 300 mg

2015年達到110 mg

→ 減少66%

2016年期望減至95 mg

2026年 降至 40 mg

• 2016年銀約占太陽電池成本的 ≈7% →銀使用量的降低是必須持續進行的。

• 銀使用量減少延後銅或 其他材料的替代 →銅期 望在2018年可以占有 6%的市場。

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提高模組效率1% 可以減少 5  11%

太陽光電系統安裝的土地

資料來源：RWE Team Analysis, 2016年06月16日.

備註：商業化的PV模組，每千瓦需要土地 5.5 - 11.5 m²

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天合光能單晶PERC太陽電池效率達21.1%

• 天合光能再創技術進步，已量產的p-型單晶 PERC電

池之平均轉換效率達21.1%新高，封裝成60片模組後，

模組的瓦數可達300 Wp。

美商SunPower繼2016年2月取得X- Series矽晶模組轉換效率22.8%認證後，再度以24.1%的轉換效率打破自己的紀錄，是目前全球同類型模組當中轉換效率最高紀錄。

美國SunPower PV模組創24.1%效率紀錄

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Hanwha Q CELLS創多晶PERC模組效率紀錄19.5%

• 德國太陽能技術檢驗機構Fraunhofer ISE CalLab通過認證，宣布Hanwha Q CELLS 的多晶PERC模組轉換效率創下業界新高，達19.5%。

• 這款模組由Hanwha Q CELLS的Q.ANTUM技術所發展生產，成果發表在2016年6 月《Progress in Photovoltaics》期刊。

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日本Kaneka創矽晶太陽電池效率紀錄26.33%

• 日本Kaneka Corp 在2015年7月28日宣稱，其矽晶太陽電池效率達24.52%，

是屬大面積(6



x 6



)異質介面(HJT)技術，使用與IMEC共同開發的銅電鍍製程技術。

• 日本Kaneka Corp 在2016年9月14日宣布，在NEDO計畫支持下矽晶太陽電池效率高達26.33% ，矽晶片面積180 cm

²

。比之前的世界紀錄25.6% 高出~0.7%。是全球第一個效率超過26%的矽晶太陽電池。

• 日本NEDO在PV發電成本的目標是2020年是 14 ￥/kWh，2030年再降低至 7 ￥/kWh 。

Crystalline silicon solar cell (heterojunction back-contact type) Schematic device structure of record-breaking

crystalline silicon solar cell (heterojunction back- contact type)

資料來源：New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), Kaneka

Corporation, September 14, 2016. 35

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中國多晶模組生產成本發展演進

資料來源：Viridis.iQ, VDMA: Photovoltaik-Maschinenbau, Made in Germany - Chancen und Herausforderungen im globalen Wettbewerb, 2016-02-29

. 36

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矽晶模組生產成本  材料成本分析

資料來源：Jutta Trube, www.renewables-made-in-germany.com, 2016-02-29. 37

矽晶