硅材料价格居高不下 台湾业者积极开发替代材料

【导读】硅晶原料价格居高不下，为避免过度依赖硅晶材料产生的风险，薄膜太阳能使用的材料五花八门，也因此发展出与硅晶太阳能截然不同的多面向，大致上可分为硅薄膜（a-Si/mc-Si）、化合物半导体薄膜（CdTe/CIS/CIGS）和其它等3大类，其中的硅薄膜由于材料取得容易，且相对环保安全，为目前台湾薄膜太阳能的主流，投入厂商包括绿能、联相、宇通、旭能、奇美能源、富阳、大亿光能等。       硅晶原料价格居高不下，为避免过度依赖硅晶材料产生的风险，薄膜太阳能使用的材料五花八门，也因此发展出与硅晶太阳能截然不同的多面向，大致上可分为硅薄膜（a-Si/mc-Si）、化合物半导体薄膜（CdTe/CIS/CIGS）和其它等3大类，其中的硅薄膜由于材料取得容易，且相对环保安全，为目前台湾薄膜太阳能的主流，投入厂商包括绿能、联相、宇通、旭能、奇美能源、富阳、大亿光能等。
      据了解，硅薄膜太阳能电池最早商业化，又分为非晶硅和微晶硅，由于采玻璃基板，没有硅晶缺料问题，同时兼具模块成本和耗能都较低的优点，加上大尺寸的应用以及高透光性能直接应用在建筑物上，但其缺点则是效率低。
      相较硅晶太阳能电池平均 15%的量产转换效率，以绿能投入的8.5代非晶硅薄膜电池目前只有6%，将以 7%为目标，转换效率只有硅晶太阳能电池一半左右，不过，更新的堆栈式（tandem junction）硅薄膜将能使转换效率提高到8.5-11%，同时长时间的衰减问题较小，或许考虑到堆栈式硅薄膜的发展，绿能在硅薄膜产能的扩充脚步相对保守。
      看好硅薄膜太阳能电池发展，要够快够大，台湾薄膜太阳能厂多采取先量产抢占市场的策略，产品朝透光、外型等多样性发展，再积极切入堆栈式硅薄膜；联相光电总经理王修铭就曾指出，联相的薄膜产品除追求更好的透光性，在搭配建筑物的应用上也讲究美观，而益通转投资的宇通光能，则是直接投入堆栈式微晶硅薄膜量产技术，第一条60MW产线转换效率达8.5%。
      因为转换效率问题的考虑，化合物半导体型的碲化镉（CdTe）和铜铟硒（CIS/CIGS）成为太阳能业者追捧的材料族群，转换效率约在10-18%之间，接近硅晶太阳能电池的转换效率水平，同时完全替代硅材料，成本相对较低。
      美国第一太阳能（FSLR-US）是最为人熟知的碲化镉薄膜太阳能电池厂商，目前转换效率约9-10%，最高可达16%，成本约每瓦1.1美元。
      不过，碲化镉薄膜电池如果快速规模发展，同样会面临材料短缺的疑虑，毕竟碲元素相当贫乏；此外，这种电池大量使用剧毒元素镉，也会成为未来发展的限制因素，据了解，尽管碲化镉化学性质相对稳定，若遭受剧烈撞击、焚烧、雷击等特殊情况，仍有安全疑虑，台湾业者也不予青睐。
      更高转换效率的铜铟硒化物（CIS/CIGS）成为台湾薄膜太阳能电池业者的考虑方向，包括亚化、川飞和新能光电都选择投入CIGS薄膜太阳能电池；新能光电董事长张锦龙表示，目前新能的CIGS薄膜电池转换效率8%，预计 7个月后可达10%，1年半后达12%。
      据了解，CIS/CIGS（铜铟硒化物）吸光范围广，且稳定性高，转换效率若利用聚光装置的辅助，实验室可达30%，标准环境测试下也可达到19.5%，媲美单晶太阳能电池，采软性塑料基板的大面积制程，最佳转换效率也能达到 14%以上，不过，产品良率较低，使得成本相较其它薄膜电池高，所以发展较慢。已知投入大厂如德国Wurth Solar、美国NanoSolar、日本Honda等。
      除了硅薄膜和化合物半导体薄膜，太阳能业者也持续发展其它材料薄膜电池，例如色素敏化染料薄膜电池以及有机导电高分子等。据工研院数据显示，染料敏化太阳能电池成本约硅晶太阳能电池的10-20%，结合染料和奈米结构电极，不但可作为室内光源发电，也不受日照角度影响，缺点则是转换效率低，约4-8%。
      台湾目前已有永光和福盈投入染料敏化薄膜电池的材料生产，不过目前尚未进入商业生产阶段，以工研院目前研发的染料敏化薄膜电池，转换效率约6%，预估3-5年内就可商业化。