再生能源

——太阳光电技术

太阳光电技术
    自从 1954 年贝尔实验室开发出转换效率 4.5%的单晶硅太阳电池以来，太阳光电技术从早期应用在太空中，以提
供人造卫星和宇宙飞船的主要动力来源，后应用至偏远离岛电力网无法到达的地方，作为给水、供电系统，到

1970

年代历经全球石油危机，引发美、日先进国家，大举投入太阳光电技术的研发，到九十年代，人类逐渐意识到工业
污染引发温室效应对环境及生态产生了严重威胁。美、日、德等先进国家推动大规模国家级太阳光电发展计划和太阳
能屋顶计划，透过政策鼓励、提供租税减免和设备补贴，大量设置太阳光电发电系统。太阳光电系统至此乃被广泛应
用在地面上，装置于建筑物屋顶上，有别于以往的独立型系统而朝与市电并联系统发展，使太阳光电进入高速发展
时期。即便在全球一片不景气声中，

2000~2004 年全球太阳光电产业仍有 30%以上的成长率，市场快速成长，让太

阳光电技术受到世人注目。
一、国内外技术发展现况
    在产品技术发展上，目前全球各种太阳电池发展情形，应用最普遍的为单晶硅、多晶硅、非晶硅等三种太阳能电池，
2004 年其市场占有率分别为单晶硅 28.6%、多晶硅 56.0%、非晶硅 3.4%，其中由于多晶硅太阳电池芯片制作成本较低
的优势，所以成长速度最快。依

2004 年销售统计结果，结晶硅太阳电池的占有率高达 84%。III-V 族由于成本高，大

多使用于集光型系统

(包含聚光镜、散热板、追日装置等)上，占有率仅约 0.1%。而薄膜太阳电池虽有低成本潜力，但

开发至今仍无法有效克服效率与稳定性的问题。前几年仍有人认为薄膜太阳电池会大量生产打入市场，但至今仍未
见商品的市场量，主因为非晶硅效率太低、

CdS/CdTe 稳定性比预期差、环保问题及 CIGS(Copper Indium Gallium 

Disenillide)制程量产不易控制等，因此太阳电池市场未来十年将仍以结单晶硅太阳电池为主，而薄膜太阳电池则待
技术开发更趋成熟，于未来具更低成本之潜力。预估至

2010 年结晶硅太阳电池仍有 80~90%的市场占有率，至 2020

年结晶硅太阳电池仍有

50%以上的占有率。

    结晶硅太阳电池所以能有如此大的比重，主要是因为其所具备的几个特点：
    •光电转换效率高：单晶硅太阳电池在实验室阶段能有 24%的光电转换效率，量产上亦可以达到约 15~18%的芯片
光电转换效率。而多晶硅在实验室的效率可达

19.8%，在量产上可达 13~16%。

    •基本技术成熟：不论长晶、晶圆制作技术、或者是 pn 接合形成等，由于大部份技术和半导体技术共通，皆有长久
的发展历史。
    •高信赖性：发电特性安定，从利用于人造卫星，灯塔等的经验，已知具有三十年以上的使用寿命。
    目前结晶硅太阳电池的基本制程主要可分为：（一）表面结构化制程；（二）p-n 接面形成；（三）抗反射层沉
积；（四）电极形成等四个阶段，而国内外制程技术之发展，皆是对于如何提高效率所做之改进，当然在实用上必
须要考虑到成本之降低。关于如何何提高芯片太阳电池的效率，技术发展上又约可分为下面几个方向：（一）入射
光的有效利用：改善抗反射层特性增加光吸收效率、或改善表面结构化制程增加光吸收效率等。（二）载子收集效率
之改善：

BSF(Back Surface Field)结构、浅接合制程(Shallow Junction)。（三）载子再结合损失之减小：表面保护

(Surface Passivation)制程、体保护(Bulk Passivation)制程之改善。（四）串联电阻之减小：选择性扩散技术、透明导电
膜之使用等。
    而在现有发展技术中，有些是现有制程之改良，有些则采用新结构来改善效率。就现有制程加以改良者，有 BSF
结构、浅接合太阳电池制程

/选择性扩散技术(Selective Emitter)、背面点接触技术(Backside Point Contact)、多晶硅之酸

式结构化制程及干式蚀刻结构化制程等。（一）

HIT(Heterojunction with Intrinsic ThinLayer)结构，其为层积单结晶与

非晶硅薄膜太阳电池结构之新型太阳电池，目前巳有日本三洋电机开始此种太阳电池之量产。（二）

Laser-grooved 

Buried Contact 结构，其使用雷射在芯片正面做出沟槽，并在其中电镀金属(Ni,Cu 等)以减小电极所造成的遮蔽效果，