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受到地球暖化衍生的環保問題，以及化石燃料（石油、煤炭及天然氣等）資源有限的危機所影響，利用太陽能發電成為近年來倍受各界矚目的焦點之一。
太 陽能發電的技術，依製程區分主要分為結晶矽（Wafer base）及薄膜（Ｔhin Film base）太陽能電池兩大類。其中因 矽具有無毒性、氧化物穩定等優點，加上產業界已有成熟穩定的工業處理技術來處理矽材料，因此，矽晶太陽能電池為目前市場應用主流，占全球市場約達九成。
然 而，由於近年來德國、西班牙等國在太陽能推動政策影響下，太陽能電池模組市場需求強勁推升，2007年， 太陽能電池模組的需求增溫，曾導致矽原料嚴重缺貨，價格飛漲。雖然自2008下半年以來，因多晶矽廠商產能陸續開出，加上市場需求趨 緩，促使矽原料價格逐漸調降，但矽原料價格不穩定的經歷，已讓太陽能廠商更加體認風險分散的重要性；再者，矽晶太陽能產業因設備及製程技術成熟、進入門檻低，在眾多競爭者的產業中，以往的高毛利時代已難以復見，促使太陽能廠商加速將研發觸角轉向薄膜太陽能電池領域。
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。
圖一 薄膜太陽能電池發電原理
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資料來源：資策會MIC，2009年1月
薄膜太陽能電池類別
薄 膜太陽電池中有許多種技術，包括矽薄膜技術(包 括非晶矽、微晶矽及薄膜多晶矽)、 化合物半導體技術（包括銅銦鎵硒CIGS及 碲化鎘CdTe） 及新興材料技術（包括有機電池、奈米技術、球狀矽技術等）等，其中前二類已有量產。以下將針對已量產的薄膜太陽能電池做介紹。
矽薄膜太陽能電池
非晶矽太陽能電池（Amorphous Silicon；a-Si）
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（
Macro Crystalline Silicon；
μc-Si）
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（
Low Temperature Poly Silicon
；Poly-Si）
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。
化合物半導體薄膜太陽能電池
銅銦鎵硒太陽能電池（
Copper Indium Gallium Senillide
；CIGS或CIS ）
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。
圖二 薄膜太陽能電池分類表
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註：微晶矽多以μc-Si表示，亦可用 Nanocrystalline Silicon(簡稱為nc-Si)或Microcrystalline Silicon簡稱為mc-Si)
資 料來源：資策會MIC，2009年1月
表一 矽薄膜與化合物半導體薄膜太陽能電池之差異比較
矽 薄膜
Amorphous
化 合物半導體
CIGS
CdTe
主要材料
矽
銅、銦、鎵、硒化合物
碲、鎘化合物
光吸收層厚度
0.2~0.5μm
<1μm
1μm
光吸收能力
1. 非 直接能隙材料，可吸收的光譜有限
2. 吸 光頻率範圍為1.1~1.7eV
1. 直 接能隙材料，吸光範圍廣
2. 吸 光頻率範圍為1.02~1.68eV
1. 直 接能隙材料，吸光範圍廣
2. 吸 光頻率範圍為1.45eV
發電穩定性
1 穩 定較差，有光衰竭現象
2.Tandem技 術可改善光衰竭現象
穩定性高，且無光衰竭現象
穩定性高，且無光衰竭現象
商用轉換效率
5~8%
10~12%
8.5~10.5%
材料特性
矽甲烷為主要原料，因用量少而供應無虞
1. 硒/銦為少數金屬，難以應付全面性大量的市場需求
2. 緩 衝層硫化鉻具潛在毒害
1. 碲 為少有金屬，難以應付全面性大量的市場需求
2. 鎘、 碲為有毒金屬，受限環保法規及消費心理障礙
材料控制性
產業界用矽技術成熟
四元素難以精準控制
二元素較CIGS易控制
材料成本
高品質TCO玻璃價格高
靶材成本會比基板高
材料成本約佔五成
常用的成膜技術
1. 化 學氣相沉積法(CVD)
2. 濺 鍍法 (sputtering)
濺鍍法 (sputtering)
1. 蒸 鍍法(Evaporating)
2. 適 用多種快速成膜技術
資料來源：資策會MIC，2009年1月
薄膜太陽能電池產品結 構與製程
薄 膜太陽能電池主要靠p型 半導體及n型 半導體的運作產生電流，然而因單獨的p型 及n型 半導體薄膜，其導電度不佳且容易氧化，所以需在外層再鍍上一層能夠與半導體薄膜形成沒有整流效應的低電阻金屬/半 導體接觸（Ohmic Contact）。同時考量到透光功能，因此照光面選擇透光性高及導電性佳的透明導電層（TCO） 來代替金屬層，表面並增加絲絨化處理，以增加光捕捉程度。
為 了避免因製作順序，造成各層化學物質間的負面影響作用，薄膜太陽能電池有不同的結構。依光射入方向的不同，薄膜電池組成結構可分為Superstrate 及Substrate兩 種結構。Superstrate先 從玻璃基板下方鍍上透明導電層開始，再依序鍍上p-i-n，最後再鍍上金屬導電層；Substrate則 先從玻璃基板上方鍍上金屬導電層，再依序鍍上n-i-p， 最後才鍍上透明導電層。
圖三 薄膜太陽能電池組成結構
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資料來源：資策會MIC，2009年1月
矽薄膜太陽能電池
目 前矽薄膜太陽能電池多採用Superstrate結 構，但可撓性的薄膜太陽能電池則多以Substrate為 主。以Superstrate結 構的非晶矽太陽能電池製程而言，第一步先在玻璃或金屬基板上生成一層透明導電層（TCO）；第二步利用雷射將要留下凹槽的TCO薄 膜剝除；第三步則以濺鍍或電漿輔助化學氣相沉積法（PECVD）於TCO上 鍍矽薄膜；第四步再用雷射將要留下凹槽的矽薄膜剝除、第五步進行金屬鍍膜；第六步再用雷射將要留下凹槽金屬鍍膜剝除；最後再加上玻璃封裝即可完成模組。
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