上游矽材料供應吃緊 薄膜型太陽電池趁勢而起
在油價上漲壓力下，近來替代能源議題發燒，太陽電池產業跟著迅速竄紅；目前太陽電池產業主流技術為以結晶矽為基材(Crystalline-silicon Wafer Based)的技術。儘管太陽電池市場需求的快速成長，但由於矽材料廠商前幾年因半導體不景氣而停止擴大投資，使得現階段產能無法立即配合新增的市場需求，遂造成上游矽材料供需失調，使得太陽電池廠商紛紛加入搶矽材大戰。
雖然2005年矽材料供應量增加12%，但市場在缺貨的陰影籠罩下，致使太陽能級多晶矽材料上漲至每公斤70～80美元，長期合約價格也上揚25%；由於矽材的供不應求，預期將限縮2006年矽基太陽電池產業的成長力道，然而這恰好也為第二代太陽電池技術之薄膜太陽電池(Thin Film Photovoltaic)，提供一個良好的發揮舞台。
由於薄膜型太陽電池之主動面積(Active Area, 包括半導體層及接觸層)厚度約只有1～10微米，不像傳統厚膜型之厚度約為100～300微米，且需要使用大量、價格昂貴的半導體材料，因此相較之下可省下許多材料成本。另外，其基材選擇性多樣，涵括玻璃、塑膠或金屬薄片等，模組封裝也較容易，且可做成半透光型，因而能吸收漫射光源，並可大面積製造，非常適合做成與建築物整合的太陽光電板(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)。
而若以塑膠或金屬薄片等為基材，更可製成可撓性太陽電池，應用於消費性電子產品，用途更加廣泛；此外，由於可用連續製造方式生產，因此可利用自動化流程來降低成本。在全球矽材料持續供貨吃緊的情況下，薄膜型太陽電池之商品化發展正備受業界矚目，預估未來2～3年將是其市場快速起飛之關鍵期。
材料類型左右薄膜太陽電池發展
薄膜型太陽電池技術依材料類型主要可分為：薄膜矽及非晶矽(Amorphous Silicon, a-Si)，以及二六族化合物半導體材料碲化鎘(CdTe)、及二硒化銅銦(CuInSe2, CIS)等(表1)。目前商業化的薄膜型太陽光電模組效率仍較主流的結晶矽型效率(15～17%)為低，一般多在10%以下。
非晶矽材料轉換效率約6～8%
在1980年代，非晶矽是當時唯一的薄膜型太陽電池材料，由於光電轉換效率較低及具有光劣化的不穩定性，因此早期始終無法打入主流的發電用市場，而多應用於小功率的消費性電子產品市場。但近年隨著兩層或多層接合太陽電池(Multijunction Cell)技術之發展，使得單層厚度可以降低而減緩照光後衰退的現象，且可吸收不同波段的太陽光譜，因此光電轉換效率獲得提升。預計短期內市面上的非晶矽太陽電池模組效率約為6～8%，並很快就可見到裝置容量達數百萬瓦級的非晶矽太陽光電板設施。目前主要非晶矽太陽電池廠商包括：Kaneka、United Solar、三洋(Sanyo)、富士電機(Fuji Electric)、BP Solar等。
CIS/CIGS穩定性與轉換效能較優
CIS(Copper Indium Disenillide)或CIGS(Copper Indium Gallium Senillide)吸光範圍很廣，其穩定性及光電轉換效率為各類型薄膜太陽電池中最高，被認為是短期內最有可能達到矽晶片型太陽電池效能之薄膜太陽電池。在標準測試條件下，最佳CIS太陽電池之光電轉換效率可達19.5%，媲美最佳的多晶矽太陽電池效率；且其大面積試製品之最佳效率已可達13%以上。目前CIS太陽電池已進入商業化生產階段，商品化模組效率可達11%，而美國能源部(Department of Energy)所訂定未來薄膜太陽電池模組的商業化目標為2015年達到15%以上。
在具有低材料成本及高模組效率之市場潛力吸引下，近來除了Shell Solar、Wrth Solar、Showa Shell、ZSW等持續投入開發外，甚至連汽車大廠本田(Honda)亦宣布即將跟進生產。但其製程技術相當複雜，大面積控制及快速沉積技術為主要關鍵，由於CIS沉積時間要花到約30分鐘，使其大量生產的產量(Throughput)受到限制；而在製作元件之諸多層次中，尤以黃銅礦層(Chalcopyrite)為關鍵技術。另一個隱憂是銦(In)及鎵(Ga)的地球蘊藏量有限，在其他半導體及光電產業競相使用之下，將來也有可能如現在的矽材料一樣，發生短缺的問題，從而影響CIS/CIGS的市場成長。
CdTe太陽電池模組化生產容易
CdTe薄膜太陽電池之優點包括：CdTe的能隙為直接能隙，能隙值為1.45eV，可獲得較高的光電轉換效率，CdTe太陽電池在實驗室之效率可達16%以上，目前技術若使用耐高溫(～600℃)的硼玻璃(Borosilicate)可得16%的轉換效率，而使用不耐高溫但成本較低的鈉鈣玻璃(Soda-lime Glass)也可達12%的效率。
CdTe為二元化合物，可以簡易計量化學控制其n-型CdS(Cadmium Sulphide)及p-型CdTe薄膜之摻雜；可利用多種快速成膜技術製作。現有廠商單接面(Single Junction)製造的太陽電池模組效率已可達8～9%，估計CdTe太陽電池效率要達10%在製程技術上並非難事；由於模組化生產容易，因此近年商業化的動作亦相當積極，CdTe/Glass已應用於大面積屋頂建材。主要CdTe太陽電池廠商包括First Solar、Antec Solar等，目前雖已有商品生產，但量還不算大。
在現今環保意識高漲下，鎘污染問題是CdTe薄膜太陽電池的一項隱憂，不過目前美國及德國業界已開始推行CdTe太陽電池回收/再生機制，此對未來CdTe太陽電池市場發展注入一股正面能量。此外，美國NREL正在研發CdTe太陽電池的新製程，目前太陽電池效率已可達15%、模組效率達12%，由於製程耗時只有幾分鐘，易於快速量產，因此美國方面相當看好CdTe太陽電池的市場前景，認為其未來有可能超越非晶矽太陽電池的市占率。
薄膜矽原料需求低且發電效率高
薄膜矽太陽電池是一種不同於非晶矽及單晶矽基材之矽基太陽電池，其電池(Cell)厚度僅約數個微米或更薄，介於非晶矽模組的300奈米，與結晶矽太陽電池的200奈米之間。小粒徑之多晶矽(晶粒約數百nm，僅含有晶粒及晶界)、及奈米結晶矽(Nanocrystalline Silicon)或微晶矽(μc-Si, 晶粒約20～30nm，是一種含有非晶組織及晶粒、晶界之混成結構)薄膜是常見的薄膜矽結構，有機會取代非晶矽合金(如a-SiGe)作為多層接合太陽電池之底層(Bottom Cell)，如夏普(Sharp)、Kaneka、佳能(Canon)等皆積極往微晶矽方向發展。a-Si/μc-Si疊層(Tandem)型太陽電池可提供更穩定及增加光譜吸收度，轉換效率可較非晶矽單層元件大幅提升，效率達10%以上，其結構如圖1。
薄膜矽原料需求只有約為矽晶片型的百分之一，且具有高吸收光特性，通常無光劣化現象，故每瓦發電量較高，對消費者而言能源回收期可縮短。因此，薄膜矽太陽電池技術之未來發展潛力頗被太陽電池業界看好，目前a-Si/μc-Si疊層型薄膜太陽電池已有部分商品化，而μc-Si太陽電池則多還在開發，但已接近技術成熟階段，其關鍵技術在於快速沉積(＞1nm/sec)、鍍膜品質與大面積製程之可靠度及重現性。
國際大廠積極擴大薄膜太陽電池產能
一般市面上販售之薄膜太陽電池模組效率多在6～10%，面積則多在1平方公尺以下。其中，日本三菱重工(Mitsubishi Heavy)的非晶矽太陽光電板為面積最大(1.5625m2)，穩定效率6.4%，輸出功率達100Wp(註)，每瓦售價不到3美元。而其他製作大面積、且高效率之薄膜PV廠商還有Wurth Solar、Shell Solar、Showa Shell，其CIS太陽光電模組效率均高於13%，並以Wurth Solar產品功率達84.6Wp為最大，但售價亦相對較高，每瓦在3美元以上。目前業界大面積之薄膜太陽電池模組產品規格，請參考表2。
2004年全球薄膜太陽電池(包括非晶矽、CdTe、CIS)模組產量約63MW，僅占全球PV產量5%，其中以美國為最大產地，約占36.5%，其次為日本的27.7%；而若以薄膜技術類型來看，係以非晶矽產品占最大宗，市占率74.6%，其中以日本占37.2%為最大產地，其次為美國占29.7%。2004年全球非晶矽薄膜太陽電池市場以日本Kaneka及美國United Solar為最大廠家，其占全球非晶矽太陽電池產量分別為36.1%、29.7%。
估計2005年全球薄膜太陽光電模組產量可成長四成以上，約達88MWp；美國再生能源實驗室(NREL)預測至2009年，其全球年產量可進一步擴大為280MW，並仍以美國產量166MWp為最高，其中a-Si技術年產量約55MWp(圖2)。
美國於太陽電池產業之發展規模明顯落後日本及歐洲，但近年積極開發薄膜型太陽電池，希望能藉此扳回一城，重返世界太陽光電產業之領導地位。美國2020年目標希望能將薄膜太陽電池成本降至每度電5美分，若與未來結晶矽太陽電池之發電成本，每度電仍將高於10美分相比，薄膜太陽電池將深具市場競爭力。由於薄膜型太陽電池較不受日照條件影響，也不像矽晶片型會因溫度上升而使轉換效率顯著降低，因此不論在晴天或陰天之每瓦發電量反而較高；並且具有設置地點彈性、重量輕、外表造型可較美觀等優點，對於想投資綠建築之消費者而言，裝置薄膜太陽電池模板頗具市場吸引力，只不過設置的面積需要較大。美國的研究報告指出，未來薄膜太陽電池產業若得以擴大量產規模，薄膜PV模組之能源回收(Energy Pay Back, 係由製品之能源投入/產出估算)期，可由目前約3年(目前矽晶片型約需3.5～4年)進一步縮短為0.5～1年。
至於主要廠商經營動態，2005年全球薄膜太陽電池產業以Kaneka年產能30MWp最高，其次為United Solar之25MWp；而至2006年，在美國市場受到政府財稅獎勵支持下，United Solar將擴大產能達到50MWp，一躍成為全球第一大薄膜太陽電池廠商，該公司更計畫進一步擴產，至2010年產能將達300MWp，而Kaneka則計畫至2008年將年產能提高為70MWp。至於薄膜及結晶矽太陽電池廠商Shell Solar，在矽材缺貨之壓力下，已出售其在加州之單晶矽太陽電池工廠給德國SolarWorld，未來將積極發展CIS薄膜太陽電池，其CIS試製品經TV認證已可達13.5%，距離目前市面上販售之多晶矽PV模組效率(約14～15%)已不遠。
另一家歐洲太陽電池大廠Schott Solar，最近亦宣布將擴大其非晶矽太陽光電模組產能，將投資6,000萬歐元於德國耶拿(Jena)新建生產線，預計2007年秋天年產能可達30MWP。此外，美國First Solar亦已成功量產CdTe太陽電池，並穩定維持每年產量約33萬個太陽電池模組，未來亦將積極擴廠，預計產能將由2005年約20MWP，增為2006年40MWP、2007年75MWP。
面臨發電效能與生產成本兩大挑戰
雖然市場將逐漸成長，但薄膜太陽電池之普及並非短期內即可達成。由於薄膜型太陽電池相對矽晶片型產品，因轉換效率較低，單位面積發電量小，因此若要產生同樣的輸出功率，薄膜太陽電池模組需要更大的裝置面積，在土地與施工成本方面較為不利。並且，雖然薄膜型太陽電池可節省許多材料成本，但其生產設備卻比矽晶片型太陽電池生產設備貴三倍以上，致使目前薄膜太陽電池之單價並未如預期般，享有明顯的價格優勢。根據Solarbuzz調查，2006年3月市面上販售之薄膜太陽電池模組最低價為3.76美元/Wp，而多晶矽太陽電池模組最低價為3.92美元/Wp、單晶矽則為4.05美元/Wp，顯示目前薄膜型太陽電池雖較便宜，但與矽晶片型商品之差價仍然有限。由於設備費用占約薄膜太陽電池製造成本之三成，以25MW之非晶矽太陽電池生產線而言，設備投資額7～9千萬美元，生產設備投資額過高，因而阻礙薄膜太陽電池市場之成長。若依目前發展趨勢，在同時考量各種太陽電池技術之成本與光電轉換效率後，一般認為短期內太陽電池市場對矽晶片型太陽電池之接受度還是較高；預期至2020年，世界太陽電池市場中薄膜技術之占有率也才提升至約23%(圖3)。
不過，薄膜型優點為較能吸收漫射光源、適合大面積生產、可做成可撓式、與建材整合之BIPV模組、或應用於消費性電子產品；且未來若有廠商能夠提供標準化的鍍膜設備、及自動化生產線，將會使薄膜太陽電池產品之製造成本大幅降低。目前許多TFT設備廠在太陽電池市場前景看俏下，也開始注意這塊市場；LCD顯示器製程中也有利用到非晶矽鍍膜技術，因此若能將LCD製程中的陰極噴鍍法(Sputtering)、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)設備順利移轉到薄膜型太陽電池產業，將有助於降低薄膜太陽電池生產線之投資成本與風險，對未來薄膜太陽電池市場的擴大將十分有利。預估未來2～3年內全球矽材供應量仍難以追上市場需求，在矽晶片型太陽電池上游材料不足之虞，薄膜型太陽電池產業正好可以藉此機會擴充產能，搶占市場；並藉由生產規模擴大使製造成本下降，另一方面也可吸引更多資源投入此一領域，使量產技術進一步提升、製程設備趨向標準化，如此即能確保未來薄膜太陽電池產業之成長茁壯。而台灣在LCD產業價值鏈已奠立相當不錯的基礎，若能運用國內既有設備業之製造優勢來提供低成本、高可靠度之薄膜太陽電池生產設備，則將對國內躋身全球薄膜型太陽電池市場之領導地位大有助益。
註：峰瓦(Wp)＝1瓩/平方公尺日照強度下所產生的功率
(本文作者為工研院產業經濟與趨勢研究中心分析師)
( 詳細圖表請參見新電子242期5月號)
在油價上漲壓力下，近來替代能源議題發燒，太陽電池產業跟著迅速竄紅；目前太陽電池產業主流技術為以結晶矽為基材(Crystalline-silicon Wafer Based)的技術。儘管太陽電池市場需求的快速成長，但由於矽材料廠商前幾年因半導體不景氣而停止擴大投資，使得現階段產能無法立即配合新增的市場需求，遂造成上游矽材料供需失調，使得太陽電池廠商紛紛加入搶矽材大戰。
雖然2005年矽材料供應量增加12%，但市場在缺貨的陰影籠罩下，致使太陽能級多晶矽材料上漲至每公斤70～80美元，長期合約價格也上揚25%；由於矽材的供不應求，預期將限縮2006年矽基太陽電池產業的成長力道，然而這恰好也為第二代太陽電池技術之薄膜太陽電池(Thin Film Photovoltaic)，提供一個良好的發揮舞台。
由於薄膜型太陽電池之主動面積(Active Area, 包括半導體層及接觸層)厚度約只有1～10微米，不像傳統厚膜型之厚度約為100～300微米，且需要使用大量、價格昂貴的半導體材料，因此相較之下可省下許多材料成本。另外，其基材選擇性多樣，涵括玻璃、塑膠或金屬薄片等，模組封裝也較容易，且可做成半透光型，因而能吸收漫射光源，並可大面積製造，非常適合做成與建築物整合的太陽光電板(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)。
而若以塑膠或金屬薄片等為基材，更可製成可撓性太陽電池，應用於消費性電子產品，用途更加廣泛；此外，由於可用連續製造方式生產，因此可利用自動化流程來降低成本。在全球矽材料持續供貨吃緊的情況下，薄膜型太陽電池之商品化發展正備受業界矚目，預估未來2～3年將是其市場快速起飛之關鍵期。
材料類型左右薄膜太陽電池發展
薄膜型太陽電池技術依材料類型主要可分為：薄膜矽及非晶矽(Amorphous Silicon, a-Si)，以及二六族化合物半導體材料碲化鎘(CdTe)、及二硒化銅銦(CuInSe2, CIS)等(表1)。目前商業化的薄膜型太陽光電模組效率仍較主流的結晶矽型效率(15～17%)為低，一般多在10%以下。
非晶矽材料轉換效率約6～8%
在1980年代，非晶矽是當時唯一的薄膜型太陽電池材料，由於光電轉換效率較低及具有光劣化的不穩定性，因此早期始終無法打入主流的發電用市場，而多應用於小功率的消費性電子產品市場。但近年隨著兩層或多層接合太陽電池(Multijunction Cell)技術之發展，使得單層厚度可以降低而減緩照光後衰退的現象，且可吸收不同波段的太陽光譜，因此光電轉換效率獲得提升。預計短期內市面上的非晶矽太陽電池模組效率約為6～8%，並很快就可見到裝置容量達數百萬瓦級的非晶矽太陽光電板設施。目前主要非晶矽太陽電池廠商包括：Kaneka、United Solar、三洋(Sanyo)、富士電機(Fuji Electric)、BP Solar等。
CIS/CIGS穩定性與轉換效能較優
CIS(Copper Indium Disenillide)或CIGS(Copper Indium Gallium Senillide)吸光範圍很廣，其穩定性及光電轉換效率為各類型薄膜太陽電池中最高，被認為是短期內最有可能達到矽晶片型太陽電池效能之薄膜太陽電池。在標準測試條件下，最佳CIS太陽電池之光電轉換效率可達19.5%，媲美最佳的多晶矽太陽電池效率；且其大面積試製品之最佳效率已可達13%以上。目前CIS太陽電池已進入商業化生產階段，商品化模組效率可達11%，而美國能源部(Department of Energy)所訂定未來薄膜太陽電池模組的商業化目標為2015年達到15%以上。
在具有低材料成本及高模組效率之市場潛力吸引下，近來除了Shell Solar、Wrth Solar、Showa Shell、ZSW等持續投入開發外，甚至連汽車大廠本田(Honda)亦宣布即將跟進生產。但其製程技術相當複雜，大面積控制及快速沉積技術為主要關鍵，由於CIS沉積時間要花到約30分鐘，使其大量生產的產量(Throughput)受到限制；而在製作元件之諸多層次中，尤以黃銅礦層(Chalcopyrite)為關鍵技術。另一個隱憂是銦(In)及鎵(Ga)的地球蘊藏量有限，在其他半導體及光電產業競相使用之下，將來也有可能如現在的矽材料一樣，發生短缺的問題，從而影響CIS/CIGS的市場成長。
CdTe太陽電池模組化生產容易
CdTe薄膜太陽電池之優點包括：CdTe的能隙為直接能隙，能隙值為1.45eV，可獲得較高的光電轉換效率，CdTe太陽電池在實驗室之效率可達16%以上，目前技術若使用耐高溫(～600℃)的硼玻璃(Borosilicate)可得16%的轉換效率，而使用不耐高溫但成本較低的鈉鈣玻璃(Soda-lime Glass)也可達12%的效率。
CdTe為二元化合物，可以簡易計量化學控制其n-型CdS(Cadmium Sulphide)及p-型CdTe薄膜之摻雜；可利用多種快速成膜技術製作。現有廠商單接面(Single Junction)製造的太陽電池模組效率已可達8～9%，估計CdTe太陽電池效率要達10%在製程技術上並非難事；由於模組化生產容易，因此近年商業化的動作亦相當積極，CdTe/Glass已應用於大面積屋頂建材。主要CdTe太陽電池廠商包括First Solar、Antec Solar等，目前雖已有商品生產，但量還不算大。
在現今環保意識高漲下，鎘污染問題是CdTe薄膜太陽電池的一項隱憂，不過目前美國及德國業界已開始推行CdTe太陽電池回收/再生機制，此對未來CdTe太陽電池市場發展注入一股正面能量。此外，美國NREL正在研發CdTe太陽電池的新製程，目前太陽電池效率已可達15%、模組效率達12%，由於製程耗時只有幾分鐘，易於快速量產，因此美國方面相當看好CdTe太陽電池的市場前景，認為其未來有可能超越非晶矽太陽電池的市占率。
薄膜矽原料需求低且發電效率高
薄膜矽太陽電池是一種不同於非晶矽及單晶矽基材之矽基太陽電池，其電池(Cell)厚度僅約數個微米或更薄，介於非晶矽模組的300奈米，與結晶矽太陽電池的200奈米之間。小粒徑之多晶矽(晶粒約數百nm，僅含有晶粒及晶界)、及奈米結晶矽(Nanocrystalline Silicon)或微晶矽(μc-Si, 晶粒約20～30nm，是一種含有非晶組織及晶粒、晶界之混成結構)薄膜是常見的薄膜矽結構，有機會取代非晶矽合金(如a-SiGe)作為多層接合太陽電池之底層(Bottom Cell)，如夏普(Sharp)、Kaneka、佳能(Canon)等皆積極往微晶矽方向發展。a-Si/μc-Si疊層(Tandem)型太陽電池可提供更穩定及增加光譜吸收度，轉換效率可較非晶矽單層元件大幅提升，效率達10%以上，其結構如圖1。
薄膜矽原料需求只有約為矽晶片型的百分之一，且具有高吸收光特性，通常無光劣化現象，故每瓦發電量較高，對消費者而言能源回收期可縮短。因此，薄膜矽太陽電池技術之未來發展潛力頗被太陽電池業界看好，目前a-Si/μc-Si疊層型薄膜太陽電池已有部分商品化，而μc-Si太陽電池則多還在開發，但已接近技術成熟階段，其關鍵技術在於快速沉積(＞1nm/sec)、鍍膜品質與大面積製程之可靠度及重現性。
國際大廠積極擴大薄膜太陽電池產能
一般市面上販售之薄膜太陽電池模組效率多在6～10%，面積則多在1平方公尺以下。其中，日本三菱重工(Mitsubishi Heavy)的非晶矽太陽光電板為面積最大(1.5625m2)，穩定效率6.4%，輸出功率達100Wp(註)，每瓦售價不到3美元。而其他製作大面積、且高效率之薄膜PV廠商還有Wurth Solar、Shell Solar、Showa Shell，其CIS太陽光電模組效率均高於13%，並以Wurth Solar產品功率達84.6Wp為最大，但售價亦相對較高，每瓦在3美元以上。目前業界大面積之薄膜太陽電池模組產品規格，請參考表2。
2004年全球薄膜太陽電池(包括非晶矽、CdTe、CIS)模組產量約63MW，僅占全球PV產量5%，其中以美國為最大產地，約占36.5%，其次為日本的27.7%；而若以薄膜技術類型來看，係以非晶矽產品占最大宗，市占率74.6%，其中以日本占37.2%為最大產地，其次為美國占29.7%。2004年全球非晶矽薄膜太陽電池市場以日本Kaneka及美國United Solar為最大廠家，其占全球非晶矽太陽電池產量分別為36.1%、29.7%。
估計2005年全球薄膜太陽光電模組產量可成長四成以上，約達88MWp；美國再生能源實驗室(NREL)預測至2009年，其全球年產量可進一步擴大為280MW，並仍以美國產量166MWp為最高，其中a-Si技術年產量約55MWp(圖2)。
美國於太陽電池產業之發展規模明顯落後日本及歐洲，但近年積極開發薄膜型太陽電池，希望能藉此扳回一城，重返世界太陽光電產業之領導地位。美國2020年目標希望能將薄膜太陽電池成本降至每度電5美分，若與未來結晶矽太陽電池之發電成本，每度電仍將高於10美分相比，薄膜太陽電池將深具市場競爭力。由於薄膜型太陽電池較不受日照條件影響，也不像矽晶片型會因溫度上升而使轉換效率顯著降低，因此不論在晴天或陰天之每瓦發電量反而較高；並且具有設置地點彈性、重量輕、外表造型可較美觀等優點，對於想投資綠建築之消費者而言，裝置薄膜太陽電池模板頗具市場吸引力，只不過設置的面積需要較大。美國的研究報告指出，未來薄膜太陽電池產業若得以擴大量產規模，薄膜PV模組之能源回收(Energy Pay Back, 係由製品之能源投入/產出估算)期，可由目前約3年(目前矽晶片型約需3.5～4年)進一步縮短為0.5～1年。
至於主要廠商經營動態，2005年全球薄膜太陽電池產業以Kaneka年產能30MWp最高，其次為United Solar之25MWp；而至2006年，在美國市場受到政府財稅獎勵支持下，United Solar將擴大產能達到50MWp，一躍成為全球第一大薄膜太陽電池廠商，該公司更計畫進一步擴產，至2010年產能將達300MWp，而Kaneka則計畫至2008年將年產能提高為70MWp。至於薄膜及結晶矽太陽電池廠商Shell Solar，在矽材缺貨之壓力下，已出售其在加州之單晶矽太陽電池工廠給德國SolarWorld，未來將積極發展CIS薄膜太陽電池，其CIS試製品經TV認證已可達13.5%，距離目前市面上販售之多晶矽PV模組效率(約14～15%)已不遠。
另一家歐洲太陽電池大廠Schott Solar，最近亦宣布將擴大其非晶矽太陽光電模組產能，將投資6,000萬歐元於德國耶拿(Jena)新建生產線，預計2007年秋天年產能可達30MWP。此外，美國First Solar亦已成功量產CdTe太陽電池，並穩定維持每年產量約33萬個太陽電池模組，未來亦將積極擴廠，預計產能將由2005年約20MWP，增為2006年40MWP、2007年75MWP。
面臨發電效能與生產成本兩大挑戰
雖然市場將逐漸成長，但薄膜太陽電池之普及並非短期內即可達成。由於薄膜型太陽電池相對矽晶片型產品，因轉換效率較低，單位面積發電量小，因此若要產生同樣的輸出功率，薄膜太陽電池模組需要更大的裝置面積，在土地與施工成本方面較為不利。並且，雖然薄膜型太陽電池可節省許多材料成本，但其生產設備卻比矽晶片型太陽電池生產設備貴三倍以上，致使目前薄膜太陽電池之單價並未如預期般，享有明顯的價格優勢。根據Solarbuzz調查，2006年3月市面上販售之薄膜太陽電池模組最低價為3.76美元/Wp，而多晶矽太陽電池模組最低價為3.92美元/Wp、單晶矽則為4.05美元/Wp，顯示目前薄膜型太陽電池雖較便宜，但與矽晶片型商品之差價仍然有限。由於設備費用占約薄膜太陽電池製造成本之三成，以25MW之非晶矽太陽電池生產線而言，設備投資額7～9千萬美元，生產設備投資額過高，因而阻礙薄膜太陽電池市場之成長。若依目前發展趨勢，在同時考量各種太陽電池技術之成本與光電轉換效率後，一般認為短期內太陽電池市場對矽晶片型太陽電池之接受度還是較高；預期至2020年，世界太陽電池市場中薄膜技術之占有率也才提升至約23%(圖3)。
不過，薄膜型優點為較能吸收漫射光源、適合大面積生產、可做成可撓式、與建材整合之BIPV模組、或應用於消費性電子產品；且未來若有廠商能夠提供標準化的鍍膜設備、及自動化生產線，將會使薄膜太陽電池產品之製造成本大幅降低。目前許多TFT設備廠在太陽電池市場前景看俏下，也開始注意這塊市場；LCD顯示器製程中也有利用到非晶矽鍍膜技術，因此若能將LCD製程中的陰極噴鍍法(Sputtering)、電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)設備順利移轉到薄膜型太陽電池產業，將有助於降低薄膜太陽電池生產線之投資成本與風險，對未來薄膜太陽電池市場的擴大將十分有利。預估未來2～3年內全球矽材供應量仍難以追上市場需求，在矽晶片型太陽電池上游材料不足之虞，薄膜型太陽電池產業正好可以藉此機會擴充產能，搶占市場；並藉由生產規模擴大使製造成本下降，另一方面也可吸引更多資源投入此一領域，使量產技術進一步提升、製程設備趨向標準化，如此即能確保未來薄膜太陽電池產業之成長茁壯。而台灣在LCD產業價值鏈已奠立相當不錯的基礎，若能運用國內既有設備業之製造優勢來提供低成本、高可靠度之薄膜太陽電池生產設備，則將對國內躋身全球薄膜型太陽電池市場之領導地位大有助益。
註：峰瓦(Wp)＝1瓩/平方公尺日照強度下所產生的功率
(本文作者為工研院產業經濟與趨勢研究中心分析師)
( 詳細圖表請參見新電子242期5月號)
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