台湾太阳光电技术发展与重点研发成果

刘晓阳　蔡金刚

太阳光电为利用太阳电池直接将太阳光能转换成电力方式，目前已发展出多种材料太阳电池。为保护脆弱的太阳电池，需要封装成太阳光电模组才能使用。太阳光电模组搭配转换器、线材等组件就成为产生电能的太阳光电系统，依据装置地点分为住宅、商用与地面三类。

太阳光电技术发展现状

在太阳光电产品大幅跌价，刺激全球太阳光电市场需求持续增长背景下，岛内太阳光电企业为扩大差异化，纷纷投入业界科专、主导性计划，开发各种高转换效率结构太阳电池如金属贯穿电极、前硼射极（N-Type）、以及CIGS薄膜、染料敏化等技术。岛内太阳光电产业技术将持续朝向高效率低成本、创新高附加值与能源技术服务等方向发展。

1. 硅晶太阳电池

目前由于太阳电池价格骤降，产业面临严重成本降低压力，而硅晶太阳电池中所占成本最大者为晶片（约60%），其次为金属电极（约20%），故降低成本的重点为硅晶片薄化与银电极的取代。另外，低成本高效率技术及新结构太阳电池开发，也为降低单位发电成本方案。因此，发展目标与策略为：以薄晶片与非银电极降低成本维持优势，以高效率新结构太阳电池开发，提升品质，创造竞争力，因应未来趋势。

以下为硅晶太阳电池未来主要发展方向：薄晶片高效率电池整合结构，需开发高品质薄晶片，并将目前现有技术整合，包含选择性射极搭配表面钝化及点接触电极技术等，将晶片厚度减少至150微米，2014年开发完成技术，2015年量产化；非银电极太阳电池，也可整合于薄晶片高效率电池整合结构中，于2014年完成模组化技术，2015年商品化；n型晶片太阳电池结构，2013年年底完成基础技术开发，包含硼扩散及表面钝化技术等，并且于2014年6月完成量产技术开发；异质接面太阳电池结构，将结构调整至最佳化，于2014年底开发完成量产型技术并且于2015年底商品化；先期投入无切割损超薄晶片、电池等前瞻技术，以布局未来，建立下一代太阳电池的基础。

2. CIGS薄膜太阳电池

铜铟镓硒型（简称CIGS）太阳电池为目前薄膜太阳电池光电转换效率最高者，CIGS太阳电池就制程而言可分为真空制程与非真空制程两大类，真空制程以共蒸镀制程与溅镀后硒化制程为主流，目前岛内产业已投入开发的量产制程以真空溅镀搭配后硒化制程，研究单位则在前瞻CIGS技术开发上针对非真空CIGS太阳电池技术进行研发。非真空制程可大概分为印刷涂布制程与电镀制程两大类为主，并搭配后硒化制程，相比较下非真空制程拥有低设备成本与高材料使用率等优点，是未来有可能达到低发电成本太阳电池技术，具市场竞争优势。

3. 染料敏化太阳电池

目前除持续将染料敏化太阳电池模组制程技术授权给有意愿厂商外，另积极开发关键材料，如封装胶材及胶态电解质等，也逐渐将原有于玻璃基材上制程技术转移至软性基材（如高分子基材或金属箔基材等），也因应高分子基材不耐热缺点而开发出一系列低温制程技术，同时暂缓提升效率策略，朝效率与稳定性提升并进方式，期望能加速染料敏化太阳电池产业化时程，达到发电成本每峰瓦0.4美元以下。

4. 太阳光电模组

在太阳光电模组方面，有两大重点目标：（1） 降低生产成本；（2） 通过可靠性测试与模组寿命提升。为实现此目标，台湾企业正致力于高效率太阳光电模组封装技术开发以降低模组成本，模组寿命提升以降低太阳光电系统发电成本。目前封装材料已占模组成本30%，封装材料本地产化与高性能化为重要课题，封装材料价格必须具有国际竞争力，以协助岛内模组产业降低成本，进入国际市场。封装材料使用寿命提升与材料性能提升，与模组寿命及发电功率息息相关，也是未来持续研究方向。

新型高效率电池开发为目前电池研究方向，如PERC（钝化发射极背面接触）、HIT、N-Type与背电极等技术研发，整合电池模组以及材料技术，提升模组效率，并通过IEC国际验证为目前发展方向，未来发展势必朝高效率模组前进，降低生产成本。台湾发展目标与策略为：以封装材料本地产化，形成上下游供应体系，降低成本维持优势。以高效率新结构太阳电池模组的开发，增进模组寿命与产品可靠度，提升品质，降低生产成本。

为应对未来太阳光电高电压系统降低成本的趋势，对模组进行耐高电压及相关材料特性研究，朝30年保证寿命是未来趋势，针对此课题进行模组破坏机制研究，进行模组成品材料微结构分析，探讨寿命提升的技术改进。藉由广角宽容技术研究，模组工作温度降低研究，提升模组在系统发电量增加，增进太阳光电系统效益。

5. 太阳光电系统

为促进太阳光电系统设置普及化，台湾企业正在提升太阳光电系统品质认证及系统可靠度，通过系统发电量评估、系统测试与监测、性能分析及故障诊断研究，提高系统建置前及长时间运转的性能可靠度及稳定性。

产业技术发展指标与时程

1. 硅晶太阳电池

近几年来由于太阳能电池的供需不平衡导致电池价格持续下滑，因此岛内主要生产厂商从原本由海外统包设备引进技术纷纷转向高效率制程开发，期望能与其他厂商产生差异化技术。常见技术如选择性射极、N-type太阳电池及表面钝化等结构，许多公司已发表相关技术，并将上述技术整合开发高效率太阳能电池结构，但尚未导入真正量产。其主要原因是近来太阳电池价格骤跌，每单位发电量的价格下降，以致提升效率伴随所需投入的成本并不符合经济效益。故在岛内技术近期发展中，如何以较低成本、较简单的制程，来达到效率提升，为主要推动重点。

另外，各公司也利用台当局“业界科专计划”等资助开发更高效率太阳电池结构，如异质接面太阳电池及背电极太阳电池，但要应用到商品化仍需一段时间。因此，岛内企业正在积极整合彼此技术优点，搭配各学校及研究单位的成效积极投入，来强化自有技术市场竞争力。

2. CIGS薄膜太阳电池

CIGS太阳电池除了能提供优秀光电转换效率外，还能提供低制造成本的优势，因此岛内有许多厂商积极投入市场。岛内CIGS太阳电池量产技术基本聚焦于真空溅镀技术，下一代非真空CIGS技术也在快速进展中，特别是美国投入相当大能量研发非真空制程以用于生产CIGS太阳电池，非真空CIGS太阳电池关键技术发展包括，次模组电极技术、次模组光吸收层技术、非真空CIGS次模组整线制程技术、CIGS硒化物奈米浆料技术等；CIGS太阳电池发展瓶颈，在于大面积量产技术尚未成熟，以及真空制程居高不下量产成本，因此研发目标开发以非真空制程、无镉缓冲层搭配可挠式不锈钢基板的CIGS太阳电池具全方位的市场应用，且成本可低于真空制程30%以上，为下一代具市场优势的太阳电池技术。

非真空制程搭配无镉缓冲层与可挠式不锈钢基板，有着材料与制程和成本优势上的差异，虽然真空溅镀制程的效率较高，但设备昂贵，且材料使用率仅三成，成本不易下降，使用硫化镉为毒性物质，不易销往民生用途与环保法规严谨的国家，如欧盟与日本。硬式玻璃基板受限于形状无法变化，市场应用性低于可挠式基板。岛内目前已制备自主研发软性不锈钢镀钼基板，在吸收层CIGS上开发自制材料、CIGS薄膜卷对卷传输制程设备及自主涂布的系统；开发智慧自动化制造系统，以提升硒化氢高温炉硒化产能及质量。

在大面积缓冲层镀膜设备开发部分，由于岛内企业对大面积缓冲层镀膜设备需求强烈，目前已完成37厘米×47厘米大面积均匀厚度及穿透度的缓冲层镀膜设备，未来拟技转及协助岛内设备厂申请业界科专计划，开发量产尺寸（60厘米×120厘米）设备，使研发成果落实。

3. 染料敏化太阳电池

染料敏化太阳电池特点为多彩、制程便宜以及可制作于软性基材，且因其在低光和漫射光下也有尚佳发电效率，所以相较于其他太阳电池技术更适合应用于室内环境。近两年来的技术发展方向以模组制程、关键材料开发与应用整合三方面同步进行。

模组制程开发除精进原有玻璃基材电池制作外，也发展软性染料敏化太阳电池模组，使太阳电池产品轻薄易携。而关键材料开发以封装胶材为主，以提升染料敏化太阳电池使用寿命为首，也可突破封装胶材由外国公司掌握困境；并开发胶态电解质和新型态透明导电氧化物，以进一步提高使用寿命。而应用整合部分，以染料敏化太阳电池搭配无线感测器，利用染料敏化太阳电池在低光下可发电的特性，监控并记录室内温湿度变化；未来将搭配不同感测器（如气体浓度、紫外线、建物震动等），监控室内外环境变化和建物状况，期望可达到随处安装、无需维护的环境。

4. 太阳光电模组

近几年来由于太阳光电模组价格持续下滑，因此岛内生产厂商最主要方向为降低生产成本，藉由模组效率提升与封装材料本地产化，来达到目的。模组主要成本结构为太阳电池与封装材料。岛内原本就有较深厚的材料工业基础，遂有许多厂商投入新材料开发。

新模组封装技术部分，随着新型电池技术开发如PERC、HIT、N-Type与背电极等技术研发，整合电池模组以及材料技术，提升模组效率，并通国IEC国际验证为目前发展方向。藉由广角宽容技术研究，模组工作温度降低研究，提升模组在系统发电量增加，增进太阳光电系统效益。为因应将来高电压系统以降低成本的趋势，模组进行耐高电压的研究，进行相关材料特性研究。模组朝30年保证寿命是未来的趋势，针对此课题进行模组破坏机制的研究，进行模组成品材料微结构分析，探讨寿命提升的技术改进。

材料自主化开发，从早期开发关键材料EVA、导电铜箔焊带开发，岛内关键封装材料近年发展技术又更加精进，EVA（乙烯-醋酸乙烯酯共聚物）材料研发开发出符合模组电致衰减测试与耐黄变高使用寿命的材料，背板材料降低生产成本开发，并致力于高反射与降低模组工作温度的功能性研究。

在模组设备开发，近年来已发展成整线自动化封装设备，包括焊接机、大型封装压合机、组框机、EL检测设备与输送线等，再搭配海外知名模拟器，形成整线自动化封装设备内外销。以因应未来市场的需求，多层式模组封装压合机的开发，也有丰硕成果。

模组验证测试能量，岛内目前已有多家IEC 61215、IEC 61730验证测试实验室，可进行的模组测试项目已包括IEC 61215、IEC 61646品质测试及IEC 61730、UL 1703的安全测试、防火测试等，有效缩短岛内厂商新产品验证时间，增加岛内厂商打入欧、美、日市场的竞争力。

近年来测试重点为模组厂商引进使用新开发本地产材料，如EVA、导电铜箔焊带与背板等材料验证测试。同时发展新测试能力，岛内企业根据国际目前测试草案，对太阳光电系统衍生模组问题进行产品验证，其他如盐雾试验与氨气试验目前也在进行相关验证，以增加岛内厂商进入欧、美、日市场的竞争力。

太阳光电系统技术重点

随着台当局积极推动阳光屋顶百万座政策，以及太阳光电系统普及与健全设置环境构建的形成，岛内太阳光电系统设置量不断快速增长，提升系统品质效能及安全性、可靠度相当必要，并且在金融贷款机制需求与要求下，系统检、监测与诊断评估技术更是不可或缺。因此，如何构建一套可用率高的监测系统，配合现场检测技术与故障诊断、损失因子分析、老劣化评估等技术成为重要的研究与发展重点。运用这些检测、诊断与评估技术可强化系统的运维安全与可靠度，并增加系统性能与效益。另一方面，强化系统多元化、多功能性的应用，以及BIPV（太阳光电与建筑结合应用）与建筑节能减碳整合的研究发展也是欧、美、日等国家的应用发展趋势。各技术重点说明如下：

1.光伏发电系统营运管理平台

光伏发电系统营运管理平台技术近期发展重点在于除了发电量监测、系统性能评估、系统异常示警、即时故障诊断、管理与异常事件报告等功能外，更进一步纳入光伏发电系统维修保养服务，例如：维保品质评估建议、预防性光伏发电系统保养提醒、指派维修时程规划、系统元件寿命及可靠度管控、同时可根据顾客历史服务历程纪录，提供有关顾客系统设计规划建议书。