1. 太陽光電供應鏈淺談( 1 )
太陽光電產業製程與技術
發展趨勢
■劉佳怡 / 工研院 I E K 新興能源研究部產業分析師
現階段太陽光電產業， 80-90% 主流產品為「結晶矽 多晶矽材透過 CZ 、 FZ 法成為單晶碇，而 CZ 法為普
太陽電池」。依據製程及成本結構可將供應鏈區分為多晶 遍的一種方式。其中，CZ法是目前較普遍被使用的方法，
矽材(Polysilicon Material)、矽晶片(Wafer)、太陽電池 與半導體產業使用一樣，FZ方法利用驅融的方式，產生較
(Solar Cell)、太陽電池模組(PV Module)與太陽光電系統 高純度且低含氧、成本較高的晶體，價錢也較貴，一般因
(PV System)等五大項次產業，如圖 1 所示。 太陽電池用的矽晶圓品質要求較低，而較少使用。
有鑑於太陽光電產業之發展，上下游供應鏈關係密 多晶矽材的使用上，以半導體產業需求量為多，然自
切，故本文將依序簡述各項次產業之製程與短期內技術發 2004後半年，隨著太陽光電的急速發展，及半導體景氣回
展趨勢，以便讀者能全面性、概括性的瞭解，短期內太陽 升，導致原料供應不敷需求。然就太陽光電產業而言，普
光電產業之技術發展趨勢。 遍被使用之結晶矽太陽電池則包含多晶、單晶太陽電池，
由於單晶矽純度較高，製造成本較高，相對作為太陽矽晶
矽原料技術發展 體電池所能轉換太陽光能之效率亦較多晶矽高。2004年由
於太陽光電產業發展剛起步，因此相較於半導體產業對於
多晶矽材從二氧化矽(Silica)二度提純後的產品，首
晶圓片之需求較小，加上成本考量，太陽光電所用之晶圓
先，將二氧化矽置於高溫電弧爐進行還原，成為98%純度
片多由半導體產業之廢次晶圓和頭尾料再處理所產生。
之冶金級矽材(mg-Si)，而後透過 Trichloro Silane 或
其中，太陽電池所用的基板 - 矽晶片(Silicon Wafer)
Mono Silane 的方式，精鍊成為多晶矽，成為高純度之多
規格的要求是強調低成本，在矽原料取得及規格上與半導
晶矽材。
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62 CompoTech Asia / 2007.08

2. 圖 1 ：「矽晶體」太陽光電產業供應鏈 體矽晶圓所用矽原料，相對可
接受較低的純度。於製程角度
觀之，以西門子製程所產出之
半導體的多晶矽材，成本約為
25-30 US$/kg ，太陽能級多晶
矽材則為 20-25 US$/kg 。
「矽晶體太陽電池」供應鏈 隨著多晶矽材缺料情形日
Polysilicon Material Wafer Solar Cell PV Module PV System 趨嚴重，太陽電池用的多晶矽
各次產業之成本結構
來源，部分來自半導體矽晶圓
電力>40% Poly-silicon 30-60% Wafer 60-70% Cells 60-70% Model 80-90%
製程時所去除的規格外品及頭
Others 40-70% Pastes 10-20% EVA 10-15% Inverter 5-10%
尾料。包括：純化過程的不合
Chemicals <5% Glass 10-15% Mount 5-10%
Other 5% Frame 10-15% Cables <5% 格品及矽晶拉成後所切下的頭
Cable, Other <5% 尾料，利用這些規格外品及廢
圖 2 ：太陽電池模組發展藍圖 料再重融結晶，得到太陽電池
所用的矽晶錠(Silicon Ingot)。
然而，由於矽原料仰賴半導體
產業供應不合格品(Off-Spec)，
貨源不穩定，且數量也有限，
限制產業成長。
因此，為了降低多晶矽材
製造成本，提升產量，多晶矽
材技術的發展上，由冶金開
始，可選擇直接提煉成為太陽
光電級可使用的矽材，稱其為
SOG，成為太陽光電級所需之
矽晶圓；另外，有部分來源，
可由半導體矽晶圓製程中所產
資料來源：The PV Roadmap and The PV Roadmap and Prospects for Silicon Prospects for
Silicon Technology, Paul Paul Wyers Wyers, ECN Solar Energy 生的廢料，進一步投入於太陽
光電產業來使用。
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2007.08/ 電子與電腦 63

3. 表 1 ：太陽光電與半導體產業晶圓需求比較 1999年日本由川崎製鐵等七家廠
產 業 太 陽 光 電 產 業 半 導 體 產 業
商聯合組成(SOG)技術發展協會，直接
需求項目 單晶矽片 多晶矽片 單晶圓
由冶金矽精製純化，發展 Solar-Grade
單 晶 與 多 晶 差 異 P V 成本價格高 P V 成本價格低 普 通 使 用
Silicon ，另外 GE Solar 也和 Elkem 策
P V 轉換效率高 P V 轉換效率低
晶圓純度 晶圓純度>0.999999 晶圓純度>0.99999999999 略聯盟開發低成本的 S o l a r - G r a d e
需求量比較 2004 年產業發展中，需求量小 2004 年產業發展成熟，相對需求大 Silicon ，成本為現有產品的 60-70% 。
2 0 0 5 年產業發展快速，需求成 2 0 0 5 年需求成長穩定 隨著技術的發展趨勢， 2005 年
長高 已有小幅產量出現，由PV Silicon資料
成本價格 為與市電競爭，成本價格追求 限於晶圓純度需求，產業發展成
顯示，針對太陽光電所研發之多晶矽
極小化，故來源由半導體產業 熟。追求「單位」成本價格極
材(Solar-Grade Silicon)，產量由
之廢次晶圓和頭尾料再處理， 小化，故不斷需求大尺寸晶圓。
2 0 0 5 年起，預期將有顯著提升的趨
或太陽能專用矽材。
圖 3 ：太陽電池用矽原料來源 勢。預期至 2010 年，半導體產業供應
不合格品(Off-Spec)仍維持穩定的比
例，而Solar GradeSilicon儼然成為太
陽光電主要矽材來源之一。
矽晶片技術發展
隨著晶體結構的差異，矽晶片可
分為「單晶矽矽片」與「多晶矽矽片」
兩類，矽晶片之製造過程如圖5所示。
矽原料熔融後再利用矽晶種拉晶
方式製作成單晶矽晶錠，經切割後就
成為「單晶」(Mono-Crystalline)矽晶
片。而「多晶」(Multi-Crystalline)矽晶
片，則為矽原料熔融後緩慢冷卻凝固
資料來源：工研院材料所 製作成多晶矽晶錠，經切割後形成。
圖 4：Solar-Grade Silicon 產量逐漸增加 簡而言之，單晶棒以提拉方式成形，
而多晶碇則以較低溫之鑄凝成形。
然隨著矽晶片製造過程中，會有
部分材料經由損耗而被浪費。由圖 6
可知，以多晶矽片製造過程中，晶碇
切塊時，約略損失 30% ，切片時，又
將耗損 34% ，而後，進入太陽電池製
程後，則進一步耗損4%；因此，整個
製程下來，矽材損耗總和為 68% ，比
例相當驚人。其中，又以晶棒切割為
矽晶圓製成損失最巨。有鑑於此，矽
晶片的技術發展趨勢如下所述：
1. 良率提升
資料來源：P V S i l i c o n；工研院材料所 2. 降低線鋸損失
64 CompoTech Asia / 2007.08

4. 圖5 方式，上方擺置鑄造框(Casting frame)，當矽材藉由傳輸
捲軸通過，藉由 Gassing 及 Annealing ，則會成為 300 μ
m 的矽晶片，排除切塊與切片的程序，如此一來，矽材使
用率則會提升至 90% 左右。
在SR的製程方面，為了避免矽材耗損，其則運用設
備(String Ribbon Production Furnaces)，使矽材於融化
爐中成為液態，藉由 Solid-Melt Interface 介面，直接由熔
融矽原料拉出帶狀的多晶矽晶片。而 E F G 則運用 E F G
Custom Equipment ，將矽材製作成八方體空心型態，再
切割成為一片片的矽晶片。而上述三種技術之速度、生產
力及熔爐等特性如表 2 所示。
總結上文所述，多晶矽材目前發展方向，主要提升其
3. Wafer 變薄•(300 μ m 至 150 μ m) 生產效益。現階段，有鑑於多晶矽材價格昂貴，矽晶片的
4. Slurry 用量減少，及提升再利用效率 製造技術發展上，則以強化多晶矽材的使用效率為主。
5. 量產大尺寸晶片 下篇，則將進一步簡述「太陽電池」、「太陽電池模
6. 降低缺陷密度 組」與「太陽光電系統」之製程與技術發展趨勢。
7. 提高載子壽命 表 2：矽 ribbon 生產技術
技術發展上，將朝向(1)矽晶片薄化、(2)減少矽材消 Material Pull Speed Throughput Furnacess
耗損失、(3)回收再利用技術，及(4)低製造成本、高效率技 (cm/min) (Cm2/min) (per 100MW)
術。為減少矽材消耗的損失，製程技術上則發展出 S R EFG 1.7 165 100
(String Ribbon)、EFG(Edge defined Film-fed Growth)， SR 1-2 5-16 1175
RGS 600 7500 2-3
及 Ribbon-Growth-on-Substrate Silicon Wafer casting
資料來源：The PV Roadmap and The PV Roadmap and
Technology (RGS)三種方式。其中，RGS由於切塊/切片 Prospects for Silicon Prospects for Silicon
耗損的比例很高，因此， RGS 則運用 Ribbon 捲軸傳遞的 Technology, Paul Paul Wyers Wyers, ECN Solar
Energy
圖 6 ：太陽電池用矽晶片製造過程與製造設備
資料來源：工研院材料所；工研院 I E K
2007.08/ 電子與電腦 65

5. 太陽光電供應鏈淺談( 2 )
太陽電池技術發展
劉佳怡 / 工研院 I E K 新興能源研究部產業分析師
接續上篇對於太陽電池所需之上游矽材、矽晶片製程 多數太陽電池主要原料為矽(Silicon ， Si)，其中又以單晶
與技術發展趨勢說明後，後續則淺述「太陽電池」之製程 矽(Monocrystalline)、多晶矽(Multicrystalline)及非晶矽
與短期內之技術發展趨勢。 (Amorphous)為最多。
單晶矽及多晶矽基本上是以矽晶圓為基礎製作p-n型
太陽電池的種類 的太陽電池，屬於結晶矽太陽電池，由於材料缺陷較少，
光電能轉換效率較高，但成本也相對的較高；然就其轉換
太陽電池的種類，乃藉由不同材料、基板型態與元件
效率而論，結晶矽太陽電池商業化平均轉換效率達16%，
之交叉搭配而成，如圖 1 所示。
而實驗室之轉換效率則接近25%，簡而言之，就目前太陽
而大部分歸類上，多以不同材料區隔，如圖2所示，
圖 1 ：太陽電池種類的形成
資料來源：工研院 I E K
66 CompoTech Asia / 2007.08

6. 電池商業化技術發展，當太陽光被太陽電池所吸收，僅有 其中，非晶矽太陽電池，其於便宜的基板上( 如玻
約 16% 轉化成為電能，另外的 84% 則成為毫無用處的熱 璃、不銹鋼等)沈積一層厚度小於 1 μ m 的非晶矽 p-i-n 型
能。 太陽電池。由於非晶矽具有較廣的光譜吸收能力，在 i 層
與結晶矽太陽電池不同的元件，則為薄膜型太陽電 只需要 0.2~0.5 μ的厚度，即可達到 1.1~1.7eV 的吸光頻
池。薄膜型太陽電池相較於結晶矽太陽電池，其僅需要一 率範圍，比結晶矽 1.1eV 要高出許多；然材料缺陷較多，
層極薄的光電材料，因此其所使用材料量也相對較低；另 光電能轉換效率較低，但成本也較低，目前除轉換效率不
外，薄膜的基板可使用軟性或硬性的基材，可選擇的應用 高外，戶外使用仍有穩定度不佳的缺點。為了解決上述問
彈性高，雖說目前製作成本仍高於結晶矽太陽電池約 30- 題，近期技術發展上，為能提高光電轉換效率，則增加成
40%，不過，矽材短缺議題，卻促進其技術發展的速度， 本，於非晶矽太陽電池上，再疊層其他材料，目前商業用
未來待技術發展成熟，應用的領域則將更為寬廣。 轉換效率約4-10%，實驗室轉換效率則為13%，故面對矽
於薄膜的元件之上，依其使用的材料不同，而有不同 晶體太陽電池之成本效益而言，其應用領域上則略有不
種類的太陽電池。其材料包含：非晶矽( A m o r p h o u s 同。
Cells)、銅銦鎵二硒(Copper Indium Gallium Diselenide 就各項技術之應用市場來看， 2004 年全球單晶矽太
Solar Cells, CIGS)、鎘碲薄膜(Cadmium Telluride Thin 陽電池生產量約 250 百萬瓦，佔太陽電池總生產量之
250
Film Photovoltaics, CdTe)、矽薄膜(Thin Film Silicon Solar 36% ，多晶矽太陽電池之生產為 330 百萬瓦，佔總生產量
Cells)、染料敏化(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSC) 之44%，以日本為最主要生產國，而非晶矽太陽電池之生
等...太陽電池。 產量佔總生產量之 4% ，其中一半以上屬於消費性用太陽
電池。而2005年，基於成本考量，多晶太陽電池之應用微
圖 2 ：太陽能電池種類 幅壓縮單晶太陽電池而成長；有鑑於太陽電池之需求旺盛
與矽材短缺議題持續發燒，非矽晶太陽電池於2005年，佔
總生產量的比例，由 2004 年的 4% 提升至 5% 。
而化合物半導體材料中，以GaAs之轉換效率最高，
唯因基板、材料及其製作成本高，僅適用於太空應用及特
殊用途。CdTe太陽電池屬於II-VI族化合物半導體，其結構
主體由2μm層的P-type CdTe層與後僅0.1μm的N-type
CdS 形成，光子吸收層主要發生於 CdTe 層，吸光效率係
數>105cm-1 ，故厚度相當薄，並可吸收 90% 以上的光；
CdS 層的上沿先接合 TCO ，再連接基材， CdTe 上沿則接
合背板，形成一個電池架構。目前轉換效率>10% ，然仍
具有以下限制：(1)模組與基材成本太高， CdTe 佔材料總
成本的 53% ，半導體材料則為 5.5%；(2)碲天然蘊藏量有
限，未來若成為主流，材料仍為嚴重問題；(3)鎘具有毒
性，故雖其對太陽光譜具有最適合的吸收係數，且為直接
遷移型半導體，在物性上具有優越的地位；然與另一
CuInSe2(CIS)為三元素化合物太陽電池，雖其特性具有較
佳的光吸收係數，但是這兩種薄膜太陽電池分別由於環保
單結晶矽太陽電池 多結晶矽太陽電池 非結晶矽太陽電池 問題及大量生產不易問題，一直無法商業化；因此，基本
SINGLECRYSTAL POLYCRYSTAL AMORPHOUS
上低價格、高可靠度、可商業化的太陽電池確是以薄膜型
資料來源：http://www.solar-i.com/know.html ，「認識太陽
能電池」，查丁壬，中華太陽能聯誼會；h t t p : / 晶矽材料被視為未來可期待之太陽電池材料。
/www.reink.com 由於薄膜太陽電池具備低價、可大面積化的特徵，因
2007.08/ 電子與電腦 67

7. 此，一直扮演著未來可商業化希望的太陽電池的角色，雖 圓的晶矽太陽電池相比較。然實驗室最高轉換效率已達
然技術的發展與矽晶圓晶矽太陽電池同步，但是，至今在 21% ，而商業化市場中，僅 Astropower 以昂貴的石墨為
性能及可靠度方面仍然無法與矽晶圓晶矽太陽電池相比 基材，轉換效率方為13.4%。其雖為未來具潛力之太陽電
擬，最主要的原因乃在於很難在便宜的基板上(若使用矽晶 池種類之一，然目前尚須持續鑽研的方向：(1)使用玻璃基
圓為基板就喪失了以低價為取向的薄膜技術之原意)成長出 材、(2)使用耐高溫基材、(3)將單晶矽層半成品轉植至玻璃
與矽晶圓相同品質及可靠度的薄膜矽材料。在這長期的發 矽材。而日本三菱則成功製備 1 0 0 c m 2 ，轉換效率達
展時日裡，薄膜矽太陽電池(Thin Film Silicon Solar Cells) 16% 。
的轉換效率，目前商業化技術上，比Wafer Based晶矽太 而染料敏化太陽電池，則以奈米結構電極與染料結
陽電池低約 7-8% ，主要的理由為：(1)非晶矽薄膜太陽電 合，成為高轉換效率電子轉移介面技術；基本架構為透明
池因成長在便宜的基板上，因此無磊晶的效應，材料的特 導電基片、多孔奈米晶體二氧化鈦半導體的導電層，然激
性與穩定度就無法與矽晶圓晶矽太陽電池相比；(2)低溫多 發態是於一個不穩定的狀態下，因此，電子必需以最快的
晶矽薄膜太陽電池為低溫成長，材料的缺陷問題無法與晶 速度注入到緊鄰的TiO2導帶，使染料分子所失去電子能在
表 1 ：各類太陽電池之特性
材料 單晶矽 多晶矽 非晶矽 薄膜太陽電池
III-V 族(GaAs, InP 等) II-VI 族((CdS, CdTe,CuInSe2 等)
理論轉換效率 25-30% 20% 15% 35% 17-18%
34%(集光型)
電池轉換效率 17-21% 15-17% 10-12% 18-30% 10-13%
厚度 200-300 μ m 200-300 μ m 0.5-0.7 μ m -- --
模組轉換效率 12-16% 10-12% 6-9% -- --
實際轉換效率 24%(實驗) 17.7%(實驗) 13.5%(實驗) 27.8%(實驗) 15.8%(實驗)
14-17%(商業) 12-14%(商業) 5-7%(商業)
耐用性 佳 佳 普通 佳 佳
材料成本 高 中 低 極高 低
用途 太空電力
中央發電系統 獨立電源 獨立電源 獨立電源
獨立電源 少數民生消費 少數民生消費 太空電力 少數民生消費用品
少數民生消費 用品 用品
用品
優點 材料缺陷少， 製成步驟簡單 目 前 成 本 最 低 的 G a A s 太陽電池轉換頻率最高，材料及製作成本高，
光電轉換效率 ，成本較單晶 商業化太陽電池 僅用於太空應用及特殊用途。
高。發電力與 矽太陽電池便 ， 無 須 封 裝 ， 生 C d Te 太陽電池對太陽光譜具有最適的吸收係數，且
電壓費為廣， 宜，可用於低 產 最 快 ， 常 用 於 為直接遷移型半導體， C u I n S e 2 ( C I S ) 太陽電池具有較
轉圜效率高， 功率的電力應 消 費 性 電 子 產 品 佳的光吸收係數，其膜厚僅屬 m m 。
發電特性安定， 用系統。
具耐久性。
缺點 製作成本高。 效率較單晶矽太 戶外設置後輸出 基板、材料及其製 環保問題及大量生產不易，
製作時間長。 陽電池低。 功率減少的光劣 作成本高，僅是用 故一直無法商業化。
化現象 ( 戶外使 於特殊用途，較少
用穩定度不佳) ， 大量生產之商業化
轉換效率較結晶 產品。
矽太陽電池低。
資料來源：工研院材化所；工研院 I E K
68 CompoTech Asia / 2007.08

8. 第一時間從電解質中得到回饋作用，於TiO2導帶中的電子 美國則多朝向其他新興太陽電池的發展前進。
能夠併入導電膜中，最終經由電極引至外部迴路產生光電 Sharp 估計， 2000-2040 年各類型太陽電池之發展
流作用；雖 DSSC 被預期為第三代太陽電池技術，然由於 趨勢。有鑑於太陽光電需求急遽上升，引發矽材短缺的問
(1)目前商品化時程尚未能夠印證產品的耐久性、(2)整體電 題，亦間接促進各種太陽電池技術之發展，而各類型技術
池模組的細部研究尚待加強、(3)大面積製程技術，目前研 之發展狀態，薄膜矽太陽電池被稱之為第二代太陽電池，
究投入不足；因此，於邁向未來低成本太陽電池的路途 尤其是具優勢性的微晶矽(mC-Si)薄膜太陽電池，其轉換效
上，仍需伏枕以待。 率可達 12% ，雖目前仍無大量商品推出，然預期 10-15 年
截至目前為止，單晶矽與多晶矽太陽電池仍為太陽電 後將逐漸於市場具影響力。另外，近年來各研究單位積極
池之主流技術，預期至2010年，單多晶太陽電池佔領市場 著手於第三代太陽電池研發，例如：先進薄膜材料、奈米/
約 85% ，而 Ribbon-/Sheet c-Si 之應用比例將成長至 量子材料及技術、有機無機混成太陽電池。其中奈米太陽
8%。另外，由於日本與德國市場應用政策充分導引產業發 電池研究很少且水準不佳，而目前奈米應用於太陽電池領
展，故單多晶矽太陽電池技術由美國主力發展轉移至以日 域之技術發展步調緩慢；因此，整體而言，預期未來至
本與歐洲發展最為成熟。為了區隔技術發展之方向，近期 2010年前，太陽電池技術發展仍以結晶矽太陽電池為生產
圖 3 ：至 2 0 4 0 年各種材料的太陽電池發展趨勢 及研發重點。
細觀主流太陽電池結晶矽太
陽電池之製造流程，如圖 4 所示。
而其短期未來極具潛力的兩項產
品 - - 結晶矽( B u l k - S i ) 與薄膜矽
(Thin Film Tandem-Si)太陽電池，
其全球技術之發展趨勢如圖 5 所
示。
目前結晶矽太陽電池量產設
備進步很快，而 Cell 效率與產能對
製程設備的依賴度越來越高， Cell
效率與成本除了技術與 Know-how
以外，與設備、材料(Wafer)之品
質亦有很大關係。近 2 年產品效率
提升很快，而主要改進之處為：(1)
Wafer品質、厚度與成本；(2)製程
設備；(3)製程方法與元件結構之調
資料來源：S h a r p ；工研院材化所 整。而未來技術發展重點有二：
圖 4 ：太陽電池製造過程與相關設備
資料來源：工研院材化所；工研院 I E K
2007.08/ 電子與電腦 69

9. 圖 5 ：全球太陽電池技術發展趨勢 (Spherical Silicon Solar Cell)、背接式太陽電池(Cross
Section Cell)...等技術。此類新興太陽電池之技術發展，
亦為太陽光電產業未來發展之重要關鍵因素。
資料來源：工研院材化所
1.開發使用薄晶片以提昇效率之製程技術；
2.新結構與新製程結晶矽太陽電池技術開發，包括：
(1)網印技術製作 selective emitter 結構，(2) Impurity
gettering 技術，使 lifetime 提昇，(3)以 Laser 製作 Local
BSF 結構技術，(4)Surface passivation 技術，(5)使用 綠能科技與應用材料在台簽約
RTP or belt furnace 降低製程溫度，(6)多晶矽晶片表面 合作建置薄膜太陽能生產線
Texturization技術...等。
繼即將成為全球前五大太陽能矽晶圓廠後，台灣
R.M. Swanson 則於 A Vision for Crystalline Siliocn
最大的太陽能晶圓製造商綠能科技今 ( 2 6 ) 日正式宣布，
Solar Cells 說明， 2002-2012 年太陽電池關鍵技術發展趨
與美商應用材料公司在桃園合作建置一條 8 . 5 世代薄膜
勢有幾項特點： ( t h i n f i l m ) 太陽能生產線，成為台灣第一家生產 5 . 7 平方
1.效率由 17% 增至 21% 米超大尺寸的太陽能模組廠。
--Heterostructure contacts 綠能科技股份有限公司(Green Energy Technology
--Advanced cell designs Inc. GET)是大同(Tatung)透過子公司尚志半導體股份有限
公司(Sanchih Semiconductor)於 2004 年 7 月投資成立的
--High lifetime silicon
能源科技公司，現為專業太陽能用電池晶片製造廠。
2.矽晶圓厚度由 280 μ m 降至 120 μ m
綠能科技總經理林和龍表示：綠能科技長期供應
3.太陽電池尺寸由 5 吋增至 8 吋
太陽能電池製造所需的矽晶片，深刻了解太陽能電池製
4.結晶成長技術改良 造廠及半導體廠皆對矽晶片需求殷切，矽晶片物料供應
5.切割技術的精進：降低 Kerf Loss 由 200 μ m 至 130 μ m 相對吃緊。因此，將薄膜科技運用在玻璃基板上發展太
6.工廠產能由200MW/yr增至500MW/yr 陽能電池之可行性大增，全球太陽光電產業對符合成本
7.工廠高度的自動化 效益的太陽能模組需求也日益強烈。發展大尺寸薄膜太
陽能科技有顯著的經濟優勢，應用材料多年來深耕大尺
成本降低部分，由於Solar Grade矽晶原料之研發，
寸平面顯示器製造，專業技術有目共睹，我們信賴應用
目前 IC Grade 成本約為 US$40-60/kg ， Solar Grade 可降
材料公司能提供相關的技術與經驗，襄助綠能科技這項
至US$30/kg以下，加上Wire Saw技術改進，並強化原先
新投資計畫邁向成功。
20 年之使用年限至 30 年，及製程材料與設備低價化，因 綠能此次向應材訂製一條全套整合型的太陽能模
此單矽晶太陽電池有機會降低一半的成本。藉由高品質矽 組生產線，估計每年產能將可達 4 0 百萬瓦，整套系統
晶片，及結構 / 製程之提升，使得量產效率得以提升。 將於 2 0 0 8 年上半年出貨裝機，預期 2 0 0 8 下半年開始上
另外，面對上游矽材短缺，各種新興太陽電池技術則 線生產。綠能科技計劃發展各種快速成長的應用，將之
運用在一些需考量成本效益的大面積模組，例如發電廠
有更大的誘因促進開發，諸如：聚光型太陽電池
以及建築用穿透式太陽能模組。
(Concentrating Photovoltaic Cell)、球狀太陽電池
70 CompoTech Asia / 2007.08

10. 太陽光電供應鏈淺談( 3 )
太陽電池模組技術發展
劉佳怡
接續上 / 中篇對於太陽電池所需之上游矽材、矽晶 程如圖 1 所示。
片，及太陽電池製程與技術發展趨勢說明後，本文則接續 以全球太陽光電之領導廠商，日本Sharp公司為例，
淺述「太陽電池模組」與「太陽光電系統」之製程與短期 其訂定歷年發展目標，主要以高效率、大尺寸，及建材一
內之技術發展趨勢。 體為主軸。由於結晶矽太陽電池模組技術發展較為成熟，
因此，相較結晶矽太陽電池模組，薄膜太陽電池模組技術
太陽電池模組技術發展 發展所需較長的研發時程。
隨著太陽電池薄型化，自動化模組封裝技術的發展。
承續上述矽晶體太陽電池之下游產品 -- 太陽電池模
模組技術障礙較低，故現階段大部分廠商仍多以人工替代
組，其主要將太陽電池依據其轉換效率，為極大化模組之
機械設備，面對極具規模的市場，如何運用自動化技術替
整體轉換效率的設計，經併聯與串聯後之產品，其製造過
代人工，提升良率與規模經濟、整體配置效
圖 1 ：太陽電池模組製造過程與相關設備
率。另外，為提升未來應用上的市場，結合
建材與太陽光電模板的應用(BIPV)，為太陽
光電模組短期內發展的方向。
太陽光電系統產品技術發
資料來源：工研院材化所；工研院 I E K
展
圖 2 ：全球太陽光電模組產品發展 呼應上述模組之發展方向，為強化太
陽光電系統於都市城鎮上的使用，德國於
2004 年，其 BIPV 系統裝置量雖僅佔 1% ，
不過，預期未來5-8年將會提升BIPV之使用
率。雖說 Mega Pack System 全球裝置量
少，不過，德國已完成多項大型系統裝置，
如表 2 所示，其包含：H e m a u 、
Untergriesbach 、 Markstetten 及 Sonnen
等計畫，總計約 16.34MWp 。
整體歐盟於太陽光電系統技術發展優
先順序，則如表2所示。而日本近年來，主
要發展小型居家系統(Small Home System,
SHS)，主攻居家使用，未來將逐漸朝向產
資料來源：S h a r p ；工研院材化所
2007.08/ 電子與電腦 71

11. 表 1 ：全球太陽光電系統發展 於大型之社區內各戶裝置 SHS ，且併聯至電網
項目 研究與發展 產業發展 時，使線路末端之電壓升高。
年 度 2005 2008 2010 2005 2008 2010
3.Megawatt System
產 品 Solar Home Micro-grid Large scale BIPV Solar Home Micro-grid
■區域電網電力變動偵測與控制技術：由電力公
項 目 SYS System storage with SYS system
MW SYS Hydrogen 司進行區域電網電力變動之偵測，若區域電力輸
Fuel Cell 出變動劇烈時，可主動偵測與調節。
資料來源：工研院材化所
業用大型發電系統使用。
結論
前文將太陽光電供應鏈製程與技術發展作一簡述。目
最後，就太陽光電系統關鍵技術之短期發展趨勢，可
前矽晶體太陽電池供應鏈之技術發展，上游主要提升多晶
區分為 BIPV 、 Solar Home System 及 Megawatt System
矽材(Poly-silicon) 之生產效益，而矽晶片次產業則強化
(Poly-silicon)
三部分：
Silicon使用效率，而太陽電池次產業技術發展目的，則為
1.BIPV
提升發電之成本效益，而系統與模組應用等終端次產業，
■半透光模組技術：雙面使用玻璃，並需配合建築需要運
則以擴大潛在應用市場為主。於此主軸之下，相關目的延
用各種厚度之玻璃。
伸作法與技術發展，如圖 3 所示。
■Inverter小型化及美化設計技術：配合建築型式，使用小
數量之模組串接，故需使用多量但小型化
圖 3 ：太陽光電供應鏈上下游技術發展趨勢魚骨圖
之 inverter ，並可配合建物，加強外觀之
美化。
■模組支撐設計及安裝技術：因應建築多樣
化之要求，需設計選用適當之支撐設計，
及特殊之安裝方式。
■電力系統設計模擬技術：為使BIPV能發揮
最大效用，運用電腦模擬規劃系統架構，
可獲得最大電力。
■結構設計模擬技術：由於BIPV模組亦為建
材之一部份，故需符合建築法規對結構安
全之要求，故需運用電腦模擬技術設計支
撐結構。
2.Solar Home System
■ Inverter-電池一體型電力調節器：可避免 資料來源：工研院 I E K
表 2 ：歐盟太陽光電系統技術發展優先順序
Short term Medium term Long term
Highest Priority ■ Inverter lifetime ■ Grid-control and power quality ■ Large-scale storage, integration
■ High Performance>20 year ■ PV as buikling element with Fuel cells/Hydrogen
■ System designs infrastructure
■ Module integrated electronics+stonage
Medium Priority ■ Energy rating ■ Small-scale storage
■ (module-integrated)
資料來源：PVNET European Roadmap for PV R&D, European Commison (2004)；工研院材化所
72 CompoTech Asia / 2007.08