台灣太陽光電產業之未來發展方向

台灣太陽光電產業之未來發展方向

馬小康教授

國立臺灣大學機械工程研究所

「台灣太陽光電產業之未來發展方向」座談會

97年7月4日(週五)上午09:30~12:00 財團法人中技社8樓會議室

大綱

„ 前言

„ 國內外太陽光電技術發展現況

„ 國內太陽光電產業發展SWOT分析

„ 台灣太陽光電產業之未來發展方向

我國太陽光電相關發展條例之增修

推動國內利基型太陽光電之關鍵技術及自製能力 建立國家級大型太陽光電研發中心之可行性

爭取海外優秀科技人才及擴展國際市場

前言- 太陽光電

„

自從1954年貝爾實驗室開發出轉換效率4.5%的單晶矽太 陽電池以來，太陽光電技術從早期應用在太空中，以提 供人造衛星和太空船的主要動力來源

„

1970年代歷經全球石油危機， 引發美、日先進國家， 大 舉投入太陽光電技術的研發

太陽電池之種類

太陽電池之比較

„

2004年其市場佔有率分別為單晶矽28.6%、多晶矽56.0%、 非晶矽 3.4%

„

由於多晶矽太陽電池晶片製作成本較低 的優勢，所以成長速度最 快。

„

而薄膜太陽電池雖有低成本潛力，但仍無法有效克服效率與穩定性 的問題，主因為非晶矽效率太低、CdS/CdTe穩定性比預期差、環保 問題及CIGS（Copper Indium Gallium Disenillide）製程量產不易控制 等。

太陽光電技術發展現況

預估至2010年結晶矽太陽電池仍有80~90%的市場佔有率，至2020年結晶 矽太陽電池仍有50%以上的佔有率。其 特點：

(一)光電轉換效率高：

單晶矽太陽電池能有24%的光電轉換效率，量產上亦可以達到約15~18%

的晶片光電轉換效率。多晶矽效率可達19.8 % ， 在量產上可達 13~16%。

(二)基本技術成熟：

結晶矽太陽電池的基本製程主要可分為：(1)表面結構化製程(2)p-n接面 形成(3)抗反射層沉積(4)電極形成等四個階段，不論長晶、晶圓製作技

結晶矽太陽電池

國內太陽光電設置 現況

8

太陽光電推動計畫 已完成或施 工中 (kWp) 陽光屋頂設置應用，共 234 件 2,631 建築整合型太陽光電經典建

築，共 4 件 440

區域性陽光電城設置應用，共

2 件 442

偏遠離島緊急防災設置，共 36

鄉鎮市區，57 件 291 與教育部合作設置陽光校園教

育示範系統，共 40 所學校 132 合 計 3,936

總統府力行樓 10.5 kWp示範系統

福安紀念館 19.8 kWp示範系統

南沙太平島 20.3 kWp示範系統

至2007年6月止，已完成或施工中計337件，容量共計3,936 kWp；

其中完成設置者共168件，容量合計1,581 kWp，每年可發電185萬 度，可供460戶家庭1年的用電量，其餘設置案正依期程建置中。

陽光社區建構計畫

（2007年~）

• 地方政府或區域主管機關以社區為實施規模設置

• 自2009年起每年可完成2,000瓩，共4,000瓩

一縣市一太陽光電經典 建築 (2007年~2010年)

• 縣市政府以地標性建物融合太陽光電設計

•

25縣市，每縣市200瓩，共5,000瓩

• 預期至2010年累計裝置容量達3.1萬瓩

• 每年可產生3,360萬度電，約可供應8,400戶家庭一年之用電量

• 預期至2010年累計裝置容量達3.1萬瓩

• 每年可產生3,360萬度電，約可供應8,400戶家庭一年之用電量 陽光校園

（2008年~）

• 與教育部繼續合作共同推動，由適合設置中小學設 置太陽光電，與校園活動共同結合

• 自2009年起每年可完成200瓩，共400瓩

公共工程設置太陽 光電（2009年~）

• 工程預算5仟萬元以上規模、適宜設置太陽光電系 統者，須提撥5%經費比例設置太陽光電系統

• 自2010年起每年可完成4,000瓩，共4,000瓩 台電10 MW設置計畫

(2006年~2011年)

• 建立國際級規模太陽光電發電廠提供日常用電

• 預計設置1萬瓩（2011年）

加 強 措 施 加 強 措 施

預 期 效 預 期 效

推動綠色能源產業發展 推動綠色能源產業發展

產值(新台幣億元) 現況 中程目標

產業別 年度

目標 2006 2010 2015

太陽光電：

太陽電池產值全球第

5

大 212 1,500 4,000 太陽能集熱器：

安裝面積密度居全球主要國家第

3

位 11.5 15 21 風力發電：

零組件進入國際風力機供應鏈體系 7.07 40 124.5

生質柴油 0.45 30 45

再 生 能 源

生質燃料：

自主技術，產製自有能源 酒精汽油 0 25 50 LED 照明光電：

LED

光源產量為全球第

1

，產值第

2

210 930 5,400 冷凍空調：

關鍵零組件中以小型空調機壓縮機為主占世界第

4

位 690 1,000 1,260 節

約 能

源 能源技術服務：

ESCO 從無到有，新興產業

1.6

6.5 21.3 合 計

1,133 3,547 10,922

太陽光電相關政策措施推動情形 太陽光電相關政策措施推動情形

2006年太陽光電行動計畫綱要：

一、 技術開發與引進

1. 發展多晶矽材料生產

2. 開發高效率與低成本矽晶太陽電池 3. 開發次世代太陽電池

4. 開發太陽光電生產設備 二、 環境建構

5. 建立太陽光電模組檢測驗證技術 6. 再生能源發展條例」草案完成立法 7. 建立太陽光電區域網路系統設置能力 三、 推廣應用

8. 擴大我國太陽光電系統設置規模

日本

„

1974年，通產省工商部制定了著名的「日光計畫」(Sunshine Project)。自 1974年至1980年進行「日光計畫」之研究。

„

1978年5月，和太陽能系統有關的各廠商共同出資組成「太陽能系統振興協 會」。

„

1980年後，該計畫重點轉到太陽能工業製程用熱的應用以及長時間熱儲存的 研究，其他項目為太陽熱能發電廠的建立及低成本太陽電池研製。

„

1980年10月，通產省工商部訂定「促進普及太陽能系統融資制度」以低利貸 款，補助及稅率優惠等方式推廣太陽能應用。

„

1994年「新日光計畫」使用4.27億日圓於太陽能冷凍系統研究。

„

1994年實施獎助辦法，每戶3瓩的「與市電併聯型太陽電池發電系統」，政府 補助50 %。

„

1995年訂定「綠色政府行動計畫」要求新設建築物要有效地利用太陽能。

日本太陽電池發展時程

日本對太陽電池技術發展之規劃

„

2005年單晶矽太陽電池電池效率為16~18%，多晶矽14~16%

模組使用年限為20年

„

2010年希望效率提升至20%，晶片厚度減至50μm，使成本 降至目前的一半，而模組使用年限要超過30年，到2030年效 率預期提升至30%。

國外技術發展指標比較

美國

„

自1978年起，聯邦政府開始全力推動太陽能的利用，聯邦政府建築及學 校醫院裝設之太陽能系統者補助50 %之費用。

„

1980年財政部訂定能源設備減稅辦法，凡家庭購置太陽能系統者，其購 置、裝設等費用之40%可減免所得稅本辦法至1985年到期。

„

1986年商用系統之減稅額降15 %，1987至1991年為12 %，1992年之後為 10 %。除聯邦政府外，各州亦有其單獨的減稅辦法，而各州之單獨減稅 可和聯邦政府減稅辦法同時使用。

„

自1992年開始購置太陽能系統者，其費用之10 %可減免所得稅。

„

自1992年開始亦補助太陽能發電業者，每度電1.5美分。

德國

„

由聯邦經濟部負責的一個4年1億馬克計畫，補助商業化再生能源 系統的使用，特別著重於太陽能集熱器、熱泵、小水力及大型風 力機(450瓩至2千瓩)等設備。另有1.1億馬克用於非商業化項目 研究。

„

另連續10年提供1億馬克支持「太陽能熱力2,000」計畫，目標為 小型系統安裝集熱面積10,000平方公尺，提供熱水成本為0.2～

0.3馬克/瓩小時。對裝置20平方公尺以下之太陽能系統，每平方 公尺補助250馬克，20平方公尺以上之系統，每平方公尺補助125 馬克，單一家庭熱水器最高補助額1,500馬克。

(一)入射光的有效利用

改善抗反射層特性增加光吸收效率、或改善表面結構化製程增加光吸收 效率等。

(二)載子收集效率之改善

BSF（back surface field）結構、淺接合製程（shallow junction）

(三)載子再結合損失之減小

表面保護（surface passivation）製程、體保護（bulk passivation）製程之 改善。

目前技術發展趨勢

太陽光電模板技術目前主要發展趨勢為：

(一)屋頂型、帷幕牆遮陽棚…等建築整合型太陽電池模板

（building integrated photovoltaic, BIPV）

(二)連續式封裝及自動化焊接技術導入 (三)薄型太陽電池模板封裝

目前 技術 發展趨勢

„

由於太陽電池p-型矽晶片，製程上一般都使用矽晶片表面蝕刻、p/n接 面擴散、表面抗反射層鍍膜（anti-reflection coating）、網印製作金屬 電極等製程

„

國外積極開發不同之方法以提升效率，其中以selective emitter、HIT、

LBSF（local back surface field）、Back Contact等結構引人注目。

„

國外已朝大型化太陽光電模板（超過200W）及大尺寸晶片（已達6吋 矽晶）發展，藉以降低生產成本。以德國與日本發展最為迅速。

„

國內封裝材料如低鐵質玻璃、EVA、Tedlar由於使用量少，國內生產 不具經濟生產規模，需仰賴進口。

„

太陽光電系統方面，國外均有大型（＞1MWp）太陽光電系統設計，

並可由1.5kWp至300kWp之系統單元組成大型系統。而國內目前太陽 光電系統最大裝置容量為50kWp，在小型系統具有設計能力，須要提 昇大系統與BIPV之設置技術能力

目前技術發展趨勢

(一)HIT（heterojunction with intrinsic thinlayer）結構，其為層積單結晶與 非晶矽薄膜太陽電池結構之新型太陽電池，目前巳有日本三洋電機開始 此種太陽電池之量產。

(二)Laser-grooved buried contact結構，其使用雷射在晶片正面做出溝槽，

並在其中電鍍金屬（Ni, Cu等）以減小電極所造成的遮蔽效果，並同時 減小串聯及接觸電阻，其根據溝槽位於正面或背面，又可分為：SSBC

（single-sided buried contact）、DSBC（double-sided buried contact）、

IBBC（interdigitated back-side buried contact）Solar Cell 等， 其效率可達 19.2%。

新結構太陽電池的發展

(三)PERL（passivated emitter and rear locally diffused）結構，

為澳洲新南威爾斯大學（UNSW）所提出來之新結構，其效 率可達24.7%。

(四)OECO結構（obliquely evaporated contact）為德國ISFH研 究所（Institute for Solarenergie Forschung

Hameln/Emmerthal）所開發之結構，其效率在4吋晶片可達 20%。

新結構太陽電池的發展

台灣太陽光電產業發展願景與目標 台灣太陽光電產業發展願景與目標

1. 願景：創造具國際競爭優勢產業 2.目標：

台灣太陽光電產值規模：2006年212億元；2010年約1,500億元；2015年約 4,000億元，佔全球比例2006年2%； 2010年6%；2015年7% 。

台灣太陽光電系統累積設置量： 2010年31 MWp；2015年320 MWp。

備註： 2010年依據現有各家廠商產能規劃所作推估，在產業政策支持下廠商擴廠計畫充份執行，預期達成之 產值規模。

單位：億元 產業細目

2004 2005 2006 2010(f) 2015(f)

太陽電池用矽材料

（Ingot/Wafer）

2.0 6.4 46.0 310 771

太陽電池（Solar Cell）

26.0 55.0 148.0 1,000 2,488

太陽光電模組

（PV Module）

1.1 4.4 12.0 182 453

太陽光電應用產品

（PV Product）

4.0 4.4 4.8 7 11

太陽光電系統設置

（PV System）

0.5 1.0 1.2 25 307

太陽光電產業總產值

33.5 70.0 212.0 1,524 4,031

37%

15%

8%

7%

3%

2%2% 4% 2%

日本

926.9MWp

德國

47%

20%

8%

9%

5%

3%

1%

2%

3% 2%

中國大陸 369.5MWp

美國

201.6MWp 台灣

177.5MWp 西班牙

菲律賓印度

中國大陸 134MWp 美國 154MWp

其它歐洲 其它地區

台灣 88MWp

日本 833MWp

德國

台灣太陽電池產業

‧台灣太陽電池產量2006年為177.5 MWp，全球第五大生產地區。

‧2007年台灣產量持續增加至300 MWp，可望成為全球第四大

‧光電模組2006年生產廠商約398家。台灣有5家，產量約9 MWp

‧2007年台灣增加至15家，產能成長至108 MWp。

開發高效率與低成本矽晶太陽電池 開發高效率與低成本矽晶太陽電池

17~18.5%

156mm×156mm Kyocera 17.7%

(已驗證18.5%)

20.3%

14~16%

19.1%

多晶矽 太陽電池效率

16~22%

100mm×100mm

三洋HIT 19.8%

(已驗證>22%) CZ

24.7%

16~17%

20.51%

7.14cm ² FZ矽晶片

(工研院)

單晶矽

太陽電池效率

量產階段 實驗室階段

量產階段 實驗室階段

國內 國際 技術項目

7.14cm ²

多晶矽

(工研院)

125mm×125mm or

156mm×156mm

125mm×125mm or

156mm×156mm

1.002cm ²

多晶矽

(FhG-ISE)

4cm ²

FZ矽晶片(UNSW) 23.7%

23.7cm ²

FZ矽晶片(UNSW)

125mm×125mm SunPower 20.3%

(已驗證21.8%)FZ

工研院開發電漿鈍化技術，已驗證可提高太陽電池轉換效率達

工研院開發電漿鈍化技術，已驗證可提高太陽電池轉換效率達 1~2.5%，

1~2.5%

， 相當於成本降低

相當於成本降低 ≈≈ 7~17%，未來繼續提昇其轉換效率至市售等級，且可

7~17%

，未來繼續提昇其轉換效率至市售等級，且可 大幅降低廢片率，提高良率與產量，已與廠商洽談技術移轉事宜。

大幅降低廢片率，提高良率與產量，已與廠商洽談技術移轉事宜。

資料來源：工研院太陽光電科技中心整理 (2007/06)

1. 工研院

1.

工研院2006年已建置完成玻璃面積

2006

年已建置完成玻璃面積15cm ×

15cm

× 15cm 的試量產實驗

15cm

的試量產實驗 線線，，為台灣第一條自製實驗線。為台灣第一條自製實驗線。

2. 矽薄膜太陽電池矽薄膜太陽電池2007年

2007

年a-

a

-SiSi 電池效率已達電池效率已達8.48 %，並有

8.48 %

，並有五家國內五家國內 業者加入先期參與共同開發

業者加入先期參與共同開發。。

開發次世代矽薄膜太陽電池 開發次世代矽薄膜太陽電池

η :12.8% (i); 11.5 % (s) , 570 × 420 mm

²

, aSuS

Efficiency 6 % 8 % 10 % 12 % 14 % 16 % 18 %

η :13.1 % (i) ; 12 % (s), 32 m m

²

, aSuS

Company MHI

Ps.: tandem solar cell (μc-Si/a-Si); VHF 60M Hz, Ladder shape electrode

η :10 % (i), 1120 x 925 m m

²

, aSuS

Ps.: triple junction (a-Si/a-Si/μc-Si); short-pulsed VHF plasm a CVD

η :13.4 % (i), 910 × 455 m m

²

, aSuS

Ps.: triple junction (a-Si/μc-Si/μc-Si); transparent interlayer

國 際 指 標

60MHz PECVD with Phase Modulation

Pulsed VHFPECVD η :13 % (i), 1cm

²

, triple junction

η :15 % (i), 1cm

²

, triple junction

η :8.75% (i), η :7% (s), a-Si

η :10.38 % (i) , η :9.45 % (s), 1cm

²

, aSuS

40MHz PECVD

η :7 % (s), a-Si solar cell only η :10 % (i) , 5cm × 5cm , a-Si cell η :9.5% (i), 1cm

²

, a-Si

Glass Substrate 1100 ×1250 mm²

Glass Substrate 1100 ×1400 mm²

RFPECVD for a-Si (in-line )

Target: G8.5 (Cluster)

Single Chamber for p,i and n layer

27MHz PECVD for μ c-Si (cluster)

Glass Substrate 1100 ×1400 mm²

Glass Substrate 1000 ×1400 mm²

Glass Substrate 1000 ×1000 mm²

Interlayer between Cells

開發太陽光電生產設備 開發太陽光電生產設備

1.太陽光電生產設備國產自製能力， 2007年達35%。

2.已輔導5家業者完成設備開發：長晶爐、晶片檢測分級設備、酸鹼蝕刻 槽與模組生產設備，如串焊機、疊壓機等。並輔導4家業者投入切方 機、線切割機、 PECVD 、網印機、紅外線高溫爐等設備開發。

3. 投入新型太陽電池製程整線生產設備開發。

資料來源：工研院太陽光電科技中心 整理(2007/06)

目前國內廠商分工情形

目前國內廠商分工情形

1. 我國自1999年~2007年投入太陽光電技術研發與應用推廣約7億元，

順應全球趨勢已帶動產業投資200億元以上，但內需市場規模仍 小。

2. 矽晶太陽光電領域，近二年來雖受制原料取得，但產業仍投資熱 絡，產值規模不斷擴大。

Þ 提高上游矽原料與生產設備自主性。

Þ 矽晶電池Turnkey技術門檻低，需協助提升太陽電池及模組技術 層次。

Þ 模組產品及系統設置品質得持續提升，獲國際驗證以拓展國際 市場。

3. 我國薄膜太陽光電剛起步，但製程技術與生產設備均仰賴歐、美、

日，薄膜模組檢測與系統技術尚待建立。

國內技術發展瓶頸

國內外太陽光電SWOT分析

國內外太陽光電SWOT分析

國內未來太陽光電發展時程

台灣太陽光電產業之未來發展方向

„

我國太陽光電相關發展條例之增修

-各國乃有增加傳統能源稅收，以補助再生能源推廣的各種措施，另外尚有稅收優 惠、政府補助、低息貸款和信貸擔保、建立風險投資基金、加速折舊等措施。

-政府之補貼宜採設備補助、稅賦抵減或朝向提升國內太陽光電自製之方向，以避 免政府的補貼造成補貼國外廠商。

„

推動國內利基型太陽光電之關鍵技術及自製能力

太陽光電種類多，在發展上宜選擇本土市場較具規模、具關鍵組件自製能力、上 下游生產鏈較完整的立基項目推動並推動太陽光電技術產業化。

„

建立國家級大型太陽光電研發中心之可行性

應整合政策制定人才及技術專家，組成共同執行計畫團隊，一同完成國家級大型 研發計畫。有系統做短、中、長程的實際規劃。

„

爭取海外優秀科技人才及擴展國際市場

面對能源價格高漲、CO2減量的不確定未來，實有必要以較積極的手段，以產學研