薄膜太陽能電池發展背景
薄膜太陽能電池，顧名思義，乃是在塑膠、玻璃或是金屬基板上形成可產生光電效應的薄膜，厚度僅需數μm，因此在同一受光面積之下比矽晶圓太陽能電池大幅減少矽原料的用量。

薄膜太陽能電池並非是新概念的產品，實際上人造衛星就早已經普遍採用砷化鎵(GaAs)所製造的高轉換效率薄膜太陽能電池板(以單晶矽作為基板，轉換效能在30%以上)。

不過，一方面因為製造成本相當高昂，另一方面除了太空等特殊領域之外，應用市場並不多，因此直到近幾年因為太陽能發電市場快速興起後，發現矽晶圓太陽電池在材料成本上的侷限性，才再度成為產業研發中的顯學。

目標則是發展出材料成本低廉，又有利於大量生產的薄膜型太陽能電池。

自2006下半年以來，因全球太陽能市場需求成長，造成矽原料供應不足、矽晶太陽能電池及模組生產成本水漲船高。

而薄膜太陽能電池因具有輕薄、低成本、可撓曲、多種外觀設計等優點，成為繼矽晶太陽能電池之後，被認為是當前最具發展潛力的太陽能技術。

太陽能電池技術發展
第一代結晶矽
單晶、多晶、非晶
第二代薄膜太陽能電池
矽薄膜、化合物薄膜
第三代染料敏化太陽能電池(DSSC)、其他新技術、新材料薄膜太陽能電池發電原理
薄膜太陽能電池，是以pn半導體接面作為光吸收及能量轉換的主體結構。

在基板上分別塗上二種具不同導電性質的p型半導體及n型半導體，當太陽光照射在pn接面，部份電子因而擁有足夠的能量，離開原子而變成自由電子，失去電子的原子因而產生電洞。

透過p型半導體及n型半導體分別吸引電洞與電子，把正電和負電分開，在pn接面兩端因而產生電位差。

在導電層接上電路，使電子得以通過，並與在pn 接面另一端的電洞再次結合，電路中便產生電流，再經由導線傳輸至負載。

從光產生電的過程當中可知，薄膜太陽能電池的能量轉換效率，與材料的能隙大
小、光吸收係數及載子傳輸特性攸關，因此廠商就提升轉換效率的研發方向，往往也從材料選用、鍍膜方面著手。

矽薄膜太陽能電池
非晶矽太陽電池
矽薄膜類中的非晶矽太陽電池，為各類薄膜太陽電池中發展時間最長，也是目前薄膜太陽能電池中量產最多者。

矽薄膜太陽能電池所使用的矽原料量，約為結晶類太陽能電池的1/100左右，利用化學氣相沉積法（Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD）或濺鍍法（sputtering），形成僅有數μｍ厚度的矽薄膜，具有輕薄、省材料的優點。

然而，由於非晶矽薄膜有照光穩定度問題（即指電池長期在強光照射下，轉換效率會降低的光劣化現象），一直難以擴大普及率。

但隨著二層（Tandem）或多層接合太陽能電池（Multijunction ）技術的發展，矽薄膜電池透過不同能隙材料的堆疊，增加光吸收能力，可達到轉換效率提升的目的。

微晶矽太陽能電池
90年代初期被大量研究的微晶矽，則是屬於非晶矽的改良材料，主要是在非晶體結構中具有微小的晶體粒子，其結構介於非晶矽和晶體矽之間。

因此微晶矽除了可薄膜化、光譜吸收範圍廣外，更具有不易出現光劣化效應的優點，因此常被用來與非晶矽薄膜堆疊，以提高轉換效率。

低溫多晶矽太陽能電池
低溫多晶矽技術主要特點在於改變玻璃基板分子構造，以提昇傳統非晶矽技術性能。

利用準分子雷射作為熱源，雷射光經過投射系統後，會產生能量均勻分布的雷射光束，投射於非晶矽結構的玻璃基板上。

當非晶矽結構玻璃基板吸收準分子雷射的能量後，會轉變成為多晶矽結構，具有較高的光吸收能力。

因整個處理過程都是在600℃以下完成，所以一般玻璃基板皆可適用。

化合物薄膜太陽能電池
銅銦鎵硒太陽能電池
1977年，本類太陽能電池由美國Maine大學開始研究，材料由原先銅銦硒(CIS)三元素組成，後來為提升轉換效率，演變至銅銦鎵硒(CIGS)四元素。

CIGS為直接能隙材料，比非晶矽具有更高的吸光係數。

美國可再生能源實驗室製造的CIGS 薄膜太陽能電池，轉換效率最高可達19.2%，一般商用模組則可達10~12%。

由於銅銦鎵硒太陽能電池具有高轉換效率及低材料成本的優點，成為業界關注焦點之一。

碲化鎘太陽能電池（Cadmium Telluride；CdTe）
此類電池最早由Kodak公司於1982年製造出來，轉換效率超過10%，而目前實驗室最高的轉換效率可達17%，是由美國再生能源實驗室（National Renewable Energy Laboratory；NREL）所研發，商用模組轉換效率則可達8.5~10.5%。

由於CdTe為直接能隙材料，故光吸收層僅需數個微米的厚度，即可達到良好的吸收效果。

然而由於原料蘊藏量有限，加上鎘、碲等毒性物質造成潛在的環保問題，使其尚無法普及到家計用戶，而以發電廠為主。

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Global Solar即將推出上市商用工業用屋頂高度可撓性CIGS太陽能電池
薄膜太陽能電池之優點
高建廠成本
除了轉換效率造成薄膜太陽能電池無法普及外，昂貴的建廠成本，往往也是令廠商卻步的原因。

以建一座30MW的太陽電池工廠為例，矽晶太陽電池的投資成本約2~3億元新台幣，而薄膜太陽能電池則為其成本的5~10倍不等，價差之大，若非資金雄厚者無法進入。

特別是在現今全球金融體系銀根緊縮的氣氛下，廠商更難獲取充裕的資金融通。

原料供應充足
在鍍膜部分，非晶矽太陽能電池所需的矽鍍膜亦只需1~2μm，厚度僅為矽晶圓的1/100，當矽料短缺時，可節省可觀的材料費。

而CIGS所需的硒、銦及CdTe 的碲雖為稀有金屬，但因全球對此類原料的需求量仍低，故尚無缺料問題。

與載體做造型整合
薄膜電池因非使用結晶矽做基板，故不會受到晶圓尺寸大小限制，故容易進行大面積及客製化生產。

加上有些基板具有輕薄、可透光且可撓的特色，因而增加薄膜太陽能電池造型設計的彈性空間及應用範圍，例如，可結合商業設施、大樓及住宅，融入遮陽板、玻璃帷幕及屋頂等設計。

全球薄膜太陽能電池年度產量
2006下半年以來，因全球太陽能市場需求成長，造成矽原料供應不足、矽晶太陽能電池及模組生產成本水漲船高。

而薄膜太陽能電池因具有輕薄、低成本、可撓曲、多種外觀設計等優點，成為繼矽晶太陽能電池之後，被認為是當前最具發展潛力的太陽能技術。

台灣CIGS 太陽能電池概況
一、吸收範圍較廣
二、照射強度與角度彈性較大
三、可撓式
四、容易大面積化
五、低原料成本消耗
由於看好CIGS 薄膜太陽能電池發展，許多國際知名公司也投入此領域，如IBM、GOOGLE、Honda等。

而國內有昇陽科所轉投資的新能、錸德轉投資的太陽海等。

結論
薄膜太陽能電池未來的明星CIGS
2009年全球CIGS薄膜太陽能電池產能超過660MW
一、吸收範圍較廣
二、照射強度與角度彈性較大
三、可撓式
四、容易大面積化
五、低原料成本消耗
光電轉換效率目前是各種薄膜太陽電池之首，接近於目前市場主流產品晶體矽太陽電池轉換效率，成本卻是其1/3。

正是因為其性能優異被國際上稱為下一代的廉價太陽電池，無論是在地面陽光發電還是在空間微小衛星動力電源的應用上具有廣闊的市場前景。

CdTe發展困難
CdTe而言，雖然鎘在結晶狀態下不會有毒素產生，也有CdTe廠商（First Solar）提供產品全部回收的保證，但在環保意識高的市場，仍難擴大推廣；加上在既有廠商以規模經濟創造成本優勢、透過產品回收保證提高服務成本等情況下，CdTe的後進廠商勢必面臨資金及技術的高門檻。