為了加速能夠取代燃料發(fā)電時(shí)代的來(lái)臨，如何降低太陽(yáng)能發(fā)電模組的成本，使太陽(yáng)能電池及系統(tǒng)價(jià)格接近人們的心理底線——普及價(jià)格，也就成為當(dāng)下最緊迫的課題。各種技術(shù)中，目前還是以結(jié)晶硅的轉(zhuǎn)換效率約15%為最高，所以絕大多數(shù)太陽(yáng)能發(fā)電模組是使用結(jié)晶硅作為基礎(chǔ)材料。此外，就成本結(jié)構(gòu)而言，太陽(yáng)能發(fā)電模組里硅原料就占了將近30%，假使無(wú)法有效克服成本問(wèn)題的話，那么期望能夠大幅取代燃料發(fā)電的目標(biāo)幾乎是遙不可及了。這樣一來(lái)，采用新的技術(shù)，如薄膜工藝、球型硅技術(shù)、微晶硅材料、非晶硅薄膜和結(jié)晶硅薄膜層壓等就成了業(yè)界努力的方向。

就現(xiàn)階段而言，和其他技術(shù)相較結(jié)晶硅的轉(zhuǎn)換效率最高，自然不太可能舍掉結(jié)晶硅，完全改用轉(zhuǎn)換效率約10%左右的CIS (CuInSe2)化合物材料，甚至于效率更低的色素增強(qiáng)型有機(jī)材料。理由是，無(wú)論是CIS化合物材料，或色素增強(qiáng)型有機(jī)材料，雖然就材料成本而言都是不錯(cuò)的想法，但是絕不可能放棄技術(shù)最為成熟的結(jié)晶硅制程。因此，對(duì)傳統(tǒng)的結(jié)晶硅工藝進(jìn)行改進(jìn)，不失為現(xiàn)實(shí)而有效的權(quán)宜之計(jì)。

以下從提高“轉(zhuǎn)換效率/成本”比、提高轉(zhuǎn)換效率、改進(jìn)傳統(tǒng)工藝三個(gè)方面介紹業(yè)界在這方面所取得的一些最新成就。

1、提高“轉(zhuǎn)換效率/成本”比

如何降低硅材料使用的比例，利用球型硅作為下一代材料技術(shù)已經(jīng)被業(yè)者提出來(lái)研究，根據(jù)業(yè)者的預(yù)估，球型硅材料太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)預(yù)計(jì)在2007年以后，將可以達(dá)到實(shí)用化的階段，而在硅材料使用量方面，僅有傳統(tǒng)結(jié)晶硅的1/5左右，這對(duì)于硅材料價(jià)格日漸增加的情況，無(wú)非是令人高興的事情。

當(dāng)然，如果要以降低硅材料使用量技術(shù)來(lái)看的話，與結(jié)晶硅相比較，薄膜硅制程只需要1/100以下的使用量，而CIS (CuInSe2)材料更是完全無(wú)須使用到硅，利用玻璃基板配合薄膜制程便可達(dá)到發(fā)電的能力。但是，面對(duì)需求量與日俱增的太陽(yáng)能發(fā)電市場(chǎng)，并非只有材料成本這一項(xiàng)考慮而已，轉(zhuǎn)換效率也是相當(dāng)重要的，也就是說(shuō)，能夠達(dá)到最高的“轉(zhuǎn)換效率/成本”比，才是最佳的方法。

目前，計(jì)劃以薄膜為技術(shù)核心尋求發(fā)展的還有KANEKA、三菱重工業(yè)、富士電機(jī)等，在CIS/CIGS的化合物材料的方面，昭和SHELL石油和本田正積極的進(jìn)行開(kāi)發(fā)，此外在最受注目的球型硅技術(shù)方面，Kyocera和Fujipream/Clean Venture 21也計(jì)劃投入研發(fā)。

（1）能大幅減少硅用量的薄膜技術(shù)

為了降低太陽(yáng)能發(fā)電模組的成本，太陽(yáng)能電池業(yè)者已經(jīng)開(kāi)始改變傳統(tǒng)的制造方法，或者是向能大幅減少硅使用量的薄膜類型的產(chǎn)品。

例如，在世界市場(chǎng)上占有率第一的夏普，就不斷的試圖減低Cell的厚度，在1997年夏普所產(chǎn)出太陽(yáng)能電池模組Cell的厚度約為380μm，而到了2004年便已經(jīng)降低到200μm左右，2005年就能將Cell的厚度減少到180μm，在不久的將來(lái)夏普期望降低到100μm。這樣的技術(shù)進(jìn)步，背后所代表的意義就是，能夠在同樣輸出功率和轉(zhuǎn)換效率的條件下，減少了約40%左右的硅材料，而再進(jìn)一步也就意味著太陽(yáng)能電池模組的成本能夠得以下降。所以預(yù)估，從同樣數(shù)量昂貴的材料中，獲到更大產(chǎn)量是可以被期待的，根據(jù)計(jì)算，如果技術(shù)依照這樣的速度發(fā)展，相信在2010年，利用同樣數(shù)量的硅材料，所生產(chǎn)出來(lái)的Cell數(shù)量將會(huì)是1997年的兩倍之多。

（2）潛能相當(dāng)大的球型硅技術(shù)

目前，太陽(yáng)能電池業(yè)一個(gè)令人注目的趨勢(shì)是球型硅的生產(chǎn)技術(shù)。球狀硅太陽(yáng)能電池僅有多結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池的1/5～1/7，這樣的技術(shù)主要是由日本的Clean Venture 21所開(kāi)發(fā)的，這其中的關(guān)鍵就是集光技術(shù)。Clean Venture 21利用六角形的反射鏡中放入球狀硅，利用反射鏡讓光集中在球狀硅上。直接射入球狀硅的光，從球狀硅表面反射出來(lái)的光，以及射入反射鏡的光這三種光照遍了球體全面，所以就達(dá)到提高輸出的目標(biāo)。

因?yàn)樾掠^念的出現(xiàn)，戲劇般的減少了發(fā)電量相當(dāng)?shù)墓璧氖褂昧�，球型硅技術(shù)最近引人注目。球型硅材料的形成是將硅材料融化后，利用惰性氣體加壓，讓硅材料以點(diǎn)滴的方式落下，在落下的同時(shí)因?yàn)楸砻鎻埩Φ挠绊�，使硅形成球狀后快速凝固，接著再利用鋁等的合金作為基板，就能夠形成Cell。如果所形成的Cell直徑較小（約400微米）時(shí)，可將反光的透明樹(shù)脂材料填滿球型硅材料之間的空隙，增加太陽(yáng)光的利用率，而Cell形成的直徑較大時(shí)（超過(guò)400微米），就可在每個(gè)Cell之間置入反射板來(lái)搜集更多的太陽(yáng)光線，提高利用效率。另一方面，這樣的制程結(jié)構(gòu)，由于不需要在Ingot之后進(jìn)行切割硅基板，又可以減少掉切割這一部份制程的時(shí)間與成本。但是，為了得到優(yōu)良品質(zhì)的結(jié)晶，特有的技術(shù)就必須予以開(kāi)發(fā)，如降落管內(nèi)部的空氣制造，結(jié)晶回收的手法等等。

球型硅類型能夠高效的發(fā)電，就是因?yàn)樗话愕腤AFER類型不同，能夠廣角吸收太陽(yáng)光。Kyocera為了吸收全方位的光，改良了美國(guó)Texas Instruments開(kāi)發(fā)的舊結(jié)構(gòu)。在舊結(jié)構(gòu)中，是依靠電極用的鋁片遮斷從旁側(cè)來(lái)的入射光，但是透過(guò)把正負(fù)極安置在球面的兩端，就可以吸收更多的光。

因?yàn)楫?dāng)照射到全方位的光時(shí)，轉(zhuǎn)換效率可以比傳統(tǒng)技術(shù)提高約3倍。而且，因?yàn)槟軌虿皇芄獾娜肷浣堑挠绊懳展饩�，所以從日出到日落，可以維持穩(wěn)定的效率，這也是特點(diǎn)之一。目前Kyosemi已經(jīng)利用這一制程生產(chǎn)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)材料，Kyocera預(yù)計(jì)在2007年第一季量產(chǎn)，而FujiPream計(jì)劃在2007年上半年投產(chǎn)球型硅材料太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)業(yè)者的預(yù)測(cè)，屆時(shí)利用球型硅材料所開(kāi)發(fā)的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率將有機(jī)會(huì)達(dá)到15%左右，與目前結(jié)晶硅系統(tǒng)相當(dāng)。

（3）能減少2位數(shù)硅用量的微晶硅薄膜

薄膜硅太陽(yáng)能電池的特征是，與多晶硅太陽(yáng)能電池相比，硅的使用量能減少2位數(shù)。多晶硅太陽(yáng)能的硅基板的厚度是200～300μm，薄膜硅的厚度是2～3μm。在膠片基板上形成薄膜硅，因此太陽(yáng)能電池的柔軟化也成為可能。課題就是轉(zhuǎn)換效率的提高。在大面積基板上實(shí)現(xiàn)多結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池所需的轉(zhuǎn)換效率，把多晶硅的置換作為目標(biāo)。

轉(zhuǎn)換效率上升的原因是因?yàn)閷?dǎo)入了非晶硅薄膜和微晶硅薄膜層壓而成的新構(gòu)造。過(guò)去的薄膜硅太陽(yáng)能電池，是把非晶硅薄膜當(dāng)作光電變換材料使用。但是，非晶硅薄膜與結(jié)晶硅相比，因?yàn)橐苿?dòng)性很低，很難把產(chǎn)生的電子和正孔高效率的運(yùn)到電極處。除此之外，太陽(yáng)光的吸收波長(zhǎng)區(qū)域很狹窄，這也是轉(zhuǎn)換效率很低的原因之一。具體的就是，只能吸收300～700nm的短波長(zhǎng)的太陽(yáng)光�，F(xiàn)在實(shí)現(xiàn)了吸收波長(zhǎng)區(qū)域的擴(kuò)大，就是非晶硅薄膜和結(jié)晶硅薄膜層壓而成的新構(gòu)造的薄膜硅太陽(yáng)能電池。從來(lái)的非晶硅膜里層積了微晶硅，形成了兩層構(gòu)造，因此變得能夠大幅度的吸收太陽(yáng)光。微晶硅能高效的吸收600nm以上長(zhǎng)波的太陽(yáng)光。

薄膜硅太陽(yáng)能電池和多晶硅型不同，讓硅成膜需要昂貴的等離子離子CVD設(shè)備。因此，為了在和多結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池的競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)，設(shè)備折舊費(fèi)用的降低也是很重要的。例如，KANEKA就是希望能夠把年產(chǎn)1MW的2億日元的設(shè)備投資額降低到1億日元一臺(tái)。不過(guò)，使用薄膜化合物的太陽(yáng)能電池的致命弱點(diǎn)，就是使用了銦這樣稀少金屬，或許會(huì)出現(xiàn)將來(lái)會(huì)有產(chǎn)生供給不足的問(wèn)題的隱患。所以，本田開(kāi)始研發(fā)如何減少銦的使用量的，雖然本田在原料取得上，在未來(lái)20年里都沒(méi)問(wèn)題，但是為了將來(lái)考慮，還是開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研發(fā)。不過(guò)，昭和shell卻持著不同的想法，認(rèn)為應(yīng)該不會(huì)成為太大的問(wèn)題。

2、薄膜硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率的提高 

薄膜硅太陽(yáng)能電池的歷史悠久，而工業(yè)化量產(chǎn)是從1980年開(kāi)始的。但長(zhǎng)久以來(lái)轉(zhuǎn)換效率都僅有7～8%左右，使得市場(chǎng)規(guī)模受限于工商業(yè)用途上。然而現(xiàn)今的問(wèn)題是如何提高轉(zhuǎn)換效率使其成長(zhǎng)到1.5倍，進(jìn)而達(dá)到11～12%的目標(biāo)，全面落實(shí)在民生建筑物等方面的發(fā)電應(yīng)用上。

（1）采用“非晶硅薄膜和結(jié)晶硅薄膜層壓”新結(jié)構(gòu)

目前提升轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)，大多是將非晶硅薄膜和微晶硅薄膜層壓而成的新結(jié)構(gòu)。在過(guò)去，薄膜硅太陽(yáng)能電池是把非晶硅薄膜當(dāng)作光電轉(zhuǎn)換材料使用，但是這和非晶硅薄膜與結(jié)晶硅相比，因?yàn)橐苿?dòng)性很低，很難把產(chǎn)生的電子及電洞的效率一同轉(zhuǎn)移到電極。除此之外，再加上太陽(yáng)光的吸收波長(zhǎng)區(qū)域很狹窄，只能吸收300～700nm的短波長(zhǎng)的太陽(yáng)光，也是導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率很低的原因之一。

因此，為了實(shí)現(xiàn)更廣大的吸收波長(zhǎng)區(qū)域，已有業(yè)者開(kāi)始開(kāi)發(fā)非晶硅薄膜和結(jié)晶硅薄膜層壓而成的新結(jié)構(gòu)薄膜硅太陽(yáng)能電池，這個(gè)技術(shù)是在傳統(tǒng)的非晶硅膜里層積微晶硅，形成兩層結(jié)構(gòu)，微晶硅能高效吸收600nm以上的長(zhǎng)波太陽(yáng)光，因此能夠大幅度吸收太陽(yáng)光。

（2）非晶硅和微晶硅層壓技術(shù)的突破

關(guān)于非晶硅和微晶硅層壓而成的薄膜硅太陽(yáng)能電池，日本KANAKA和三菱重工業(yè)相繼發(fā)表新技術(shù)，目的是期望能夠?qū)崿F(xiàn)12%的轉(zhuǎn)換效率，并且希望在2007年進(jìn)行商品化。

KANAKA表示，利用這樣的技術(shù)結(jié)構(gòu)，已經(jīng)可以讓新一代的太陽(yáng)能電池模組達(dá)到12%的轉(zhuǎn)換效率，預(yù)計(jì)在2007年完成的新一代生產(chǎn)線，把新一代太陽(yáng)能電池模組進(jìn)行商品化量產(chǎn)。在過(guò)去的非晶硅太陽(yáng)能電池，主要是以地上建筑物發(fā)電為用途目標(biāo)，不過(guò)現(xiàn)在由于技術(shù)上導(dǎo)入層積結(jié)構(gòu)，更可以考慮進(jìn)行新用途的開(kāi)發(fā)，例如設(shè)置在住宅的屋檐上或大樓的外墻上。

就技術(shù)上而言，KANAKA并不因此而滿足，反而更積極推動(dòng)轉(zhuǎn)換效率的提高，以成果而言，目前KANAKA已經(jīng)完成在1平方公分的樣品開(kāi)發(fā)，且達(dá)到14～15%轉(zhuǎn)換效率。

除了KANAKA之外，三菱重工業(yè)在太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率上獲得了突破性的發(fā)展。三菱重工業(yè)利用1.4×1.1m的大型基板上，制作出高品質(zhì)的硅膜，達(dá)到轉(zhuǎn)換效率為11～12%的高效能太陽(yáng)能電池模組。這和三菱重工業(yè)過(guò)去的非晶硅太陽(yáng)能電池相比，在相同的面積上可以得到1.5倍的輸出。其實(shí)在2年之前，三菱重工業(yè)就在40平方公分的基板上完成了高效率化效率，但是為了達(dá)到大型化，以及量產(chǎn)化，三菱重工業(yè)則是花費(fèi)了2年的開(kāi)發(fā)時(shí)間。目前，三菱重工業(yè)也和KANAKA一樣，繼續(xù)朝向提高轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，下一個(gè)階段是以15%為目標(biāo)。

另外，夏普在太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率技術(shù)上也獲得相當(dāng)性的突破，在2005年，開(kāi)始量產(chǎn)層積結(jié)構(gòu)的高轉(zhuǎn)換效率薄膜硅太陽(yáng)能電池。夏普的非晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率為7%，而現(xiàn)在所量產(chǎn)的產(chǎn)品已經(jīng)將轉(zhuǎn)換效率提高約1.5倍達(dá)到了11%。

（3）層積結(jié)構(gòu)微晶硅太陽(yáng)能電池的量產(chǎn)

目前層積結(jié)構(gòu)微晶硅太陽(yáng)能電池有兩個(gè)問(wèn)題：高效率化和高量產(chǎn)能力。為了解決這些問(wèn)題，三洋電機(jī)與新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)共同開(kāi)發(fā)新一代的技術(shù)，關(guān)于高效率化方面，目標(biāo)是把現(xiàn)在的10%的轉(zhuǎn)換效率，提高到多結(jié)晶硅的14%。

關(guān)于高量產(chǎn)能力方面，則是開(kāi)發(fā)出讓厚度是非晶硅的10倍的微晶硅，以4nm/年以上的高速成膜技術(shù)。在高效率化的開(kāi)發(fā)中，往往會(huì)在微晶硅薄膜上摻入微量的鍺，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，這樣可以把太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率提高1.15倍以上，事實(shí)上這樣的做法也獲得一定程度的肯定。雖然，摻入了鍺的元素成份，可以因此提高轉(zhuǎn)換效率的效果，不過(guò)如果鍺的元素成份摻入量過(guò)多的話，配向成分雖然會(huì)增加，但是結(jié)晶的缺陷也隨之增加，所以，轉(zhuǎn)換效率就反而下降了，目前業(yè)界正在尋找出鍺元素的最適的摻入量。

關(guān)于高量產(chǎn)能力，三洋電機(jī)與新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)也已經(jīng)開(kāi)發(fā)了“局部存在的等離子CVD法”。原料氣體和無(wú)塵高密度的等離子大量供給，可以在大氣壓等離子CDV技術(shù)中，讓大型基板簡(jiǎn)易形成平面型電極，而加速生產(chǎn)的效率，目前利用這樣的方法可以達(dá)到3.3nm/s的成膜速度來(lái)形成微晶硅薄膜。

（4）可卷曲性太陽(yáng)能電池

讓太陽(yáng)能電池在能夠不影響轉(zhuǎn)換效率下達(dá)到可卷曲性，是業(yè)者所期望的目標(biāo)，而這樣的目標(biāo)也正在被積極的開(kāi)發(fā)當(dāng)中，這其中富士電機(jī)在這方面也獲得了一定程度的成果。一般的玻璃基板厚度是3mm左右，而富士電機(jī)所采用的塑膠基板厚度為50μm，這僅有玻璃基板的1/60左右。所以，在整體模組的厚度也只有1mm左右，除了實(shí)現(xiàn)可卷曲性的目標(biāo)之外，也達(dá)到了模組輕量化的目標(biāo)。而且因?yàn)榭梢詮澢材芎苋菀椎难b在像體育館那樣彎曲的屋頂上。

在轉(zhuǎn)換效率方面，利用這樣的材料與技術(shù)，富士電機(jī)已可以達(dá)到8.2%的轉(zhuǎn)換效率，但是為了確保能和采用玻璃基板的非晶硅太陽(yáng)能電池相比且毫不遜色的性能，因此富士電機(jī)采用了雙層結(jié)構(gòu)，也就是利用非晶硅來(lái)作為上層元件，同時(shí)利用非晶硅鍺膜作為底層元件。上層元件主要是吸收短波長(zhǎng)的光，而底層元件則是負(fù)責(zé)吸收長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。能夠達(dá)到這樣的成果富士電機(jī)并不滿足，希望未來(lái)能夠繼續(xù)開(kāi)發(fā)并進(jìn)而達(dá)到提高轉(zhuǎn)換效率的目標(biāo)，以下一階段而言，富士電機(jī)預(yù)計(jì)開(kāi)發(fā)能夠量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率即為11～12%的技術(shù)。

（5）高轉(zhuǎn)換效率的大型基板量產(chǎn)技術(shù)：薄膜化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池

除了使用塑膠基板和層積結(jié)構(gòu)微晶硅以外，高轉(zhuǎn)換效率的薄膜化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的研發(fā)也持續(xù)的在進(jìn)行，但是期望量產(chǎn)出高效率大型基板的太陽(yáng)能電池卻是相當(dāng)困難，到目前為止還是停留在少量生產(chǎn)的階段。不過(guò)因?yàn)槭袌?chǎng)及趨勢(shì)的壓力下，使得擁有這項(xiàng)技術(shù)的業(yè)者，也不得不積極進(jìn)行開(kāi)發(fā)，來(lái)達(dá)到12%轉(zhuǎn)換效率的市場(chǎng)技術(shù)目標(biāo)。

研發(fā)動(dòng)作較早的是昭和shell石油，已經(jīng)完成開(kāi)發(fā)1200mm×300mm大型基板的太陽(yáng)能電池模組，并且能夠達(dá)到量產(chǎn)程度下，還能維持12%以上的轉(zhuǎn)換效率。而本田也開(kāi)發(fā)出1400mm×800mm的大型薄膜化合物太陽(yáng)能電池模組，這是利用三片太陽(yáng)能電池元件連接在一起，其中兩片是在同一個(gè)基板上生產(chǎn)出來(lái)的，所以就技術(shù)上，本田也能夠達(dá)成高轉(zhuǎn)換效率的大型基板量產(chǎn)技術(shù)，根據(jù)計(jì)劃，本田希望在量產(chǎn)時(shí)就能讓模組實(shí)現(xiàn)13%的轉(zhuǎn)換效率。

（6）球狀硅太陽(yáng)能電池的不斷改進(jìn)

作為下一代多結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池新技術(shù)的球狀硅，其效率的提升技術(shù)一直被業(yè)界所關(guān)注。球狀硅太陽(yáng)能電池的出現(xiàn)是為了達(dá)到節(jié)省硅材料使用量所發(fā)展出來(lái)的技術(shù)，而在硅使用量方面，球狀硅太陽(yáng)能電池僅有多結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池的1/5～1/7，這樣的技術(shù)主要是由日本的Clean Venture 21所開(kāi)發(fā)的，這其中的關(guān)鍵就是集光技術(shù)。Clean Venture 21利用六角形的反射鏡中放入球狀硅，利用反射鏡讓光集中在球狀硅上。直接射入球狀硅的光，從球狀硅表面反射出來(lái)的光，以及射入反射鏡的光這三種光照遍了球體全面，所以就達(dá)到提高輸出的目標(biāo)。

而集光型球狀硅太陽(yáng)電池性能上的問(wèn)題，和使用其他新材料的太陽(yáng)電池一樣，也是苦惱于轉(zhuǎn)換效率，目前現(xiàn)在球狀硅太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率約是11.7%，與多結(jié)晶硅太陽(yáng)電池的16%相比，稍微有些低。因此Clean Venture 21已經(jīng)確立的下一階段的開(kāi)發(fā)目標(biāo)，就是在2007年第二季開(kāi)始量產(chǎn)之前，讓球狀硅太陽(yáng)電池實(shí)現(xiàn)13～14%的轉(zhuǎn)換效率。實(shí)際的做法是利用因?yàn)榍驙罟杞Y(jié)晶化制程技術(shù)的最適化，因而降低結(jié)晶的缺陷，或使球狀硅內(nèi)的雜質(zhì)濃度分布最適化來(lái)進(jìn)行改善。下一個(gè)階段Clean Venture 21希望在2010年時(shí)，就能夠達(dá)到16%的轉(zhuǎn)換效率。 

3、改進(jìn)傳統(tǒng)技術(shù)提高硅晶圓利用率
 
在2010年之前，多結(jié)晶硅將會(huì)是太陽(yáng)能電池的最主要原料。但是做為原材料-硅的供給，并沒(méi)有隨著太陽(yáng)能電池市場(chǎng)的擴(kuò)大而增加產(chǎn)出，因此面對(duì)硅晶圓材料的供給不足，相關(guān)業(yè)者除了積極與上游硅晶圓供應(yīng)商展開(kāi)緊密合作，以確保未來(lái)硅晶圓材料供應(yīng)不虞匱乏之外，相對(duì)的也加緊開(kāi)發(fā)減少硅晶圓材料用量的相關(guān)技術(shù)。不過(guò)就現(xiàn)實(shí)上，隨著半導(dǎo)體的產(chǎn)能大幅增加的情況下，太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)期望硅晶圓材料供應(yīng)的問(wèn)題，能夠在短時(shí)間之內(nèi)獲得解決的話，也不是一件相當(dāng)容易的事情。

根據(jù)目前的統(tǒng)計(jì)，臺(tái)灣太陽(yáng)能業(yè)者所需的硅晶圓材料有98%必須仰賴進(jìn)口，因此臺(tái)灣政府單位也希望藉由各項(xiàng)計(jì)劃的推動(dòng)與政策，來(lái)提高太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)用硅材料自給度。根據(jù)經(jīng)濟(jì)部的規(guī)劃，希望能夠在2010年硅材料的自給度能夠達(dá)到100MW的產(chǎn)能需求，這些方案包括了，引進(jìn)傳統(tǒng)制程技術(shù)、改良西門子制程技術(shù)、引進(jìn)俄羅斯技術(shù)、吸引SolMic公司退休專業(yè)團(tuán)隊(duì)，以及繼續(xù)精進(jìn)工研院的火法（高溫）冶金純化技術(shù)。就目前而言，似乎輸入國(guó)外退休專業(yè)相關(guān)團(tuán)隊(duì)，以及繼續(xù)精進(jìn)工研院的火法冶金純化技術(shù)這兩方面，是較傾向被采用與推動(dòng)，輸入國(guó)外退休專業(yè)相關(guān)團(tuán)隊(duì)的部分，預(yù)計(jì)將投入10億元，最快2007年開(kāi)始試產(chǎn)、2008年產(chǎn)出達(dá)300公噸、2010年增至1000公噸。而工研院的部分，預(yù)計(jì)投資金額為5億元，希望能夠在2010年量產(chǎn)500公噸。

（1）提高硅晶圓材料利用效率

就對(duì)策上來(lái)說(shuō)，提高硅晶圓材料是有其一定必要性。但是，與其等待計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)，不如從現(xiàn)有的方法上，再予以精進(jìn)來(lái)重新檢討部分的制程技術(shù)，例如重新評(píng)估INGOT的技術(shù)流程，目前似乎是較快速的方法，包括研究舍棄傳統(tǒng)的CZ與FZ長(zhǎng)晶方式，改用鑄造硅晶棒（Silicon Ingot Casting）的技術(shù)，就重量的部分，目前已經(jīng)可以產(chǎn)出400公斤的INGOT。

太陽(yáng)能電池硅晶圓材料中，二氧化硅的純度達(dá)到97%以上。經(jīng)過(guò)開(kāi)采硅礦石之后，硅材料供應(yīng)業(yè)者多是利用镕爐來(lái)提煉還原成冶金級(jí)的硅，并且經(jīng)過(guò)鹽酸氯化，以及蒸餾純化等等的制程之后，產(chǎn)出多晶硅材料，因此最終的產(chǎn)品無(wú)論是多晶硅晶圓，或者是單結(jié)晶硅晶圓，均是以多晶硅為基礎(chǔ)材料，再利用柴式長(zhǎng)晶法來(lái)拉出單晶硅晶棒，經(jīng)過(guò)研磨、拋光、切片等等的程序之后，完成半導(dǎo)體或太陽(yáng)能電池下游客戶所需要的硅晶圓片。就純度以及規(guī)格要求上，半導(dǎo)體業(yè)者所要求的條件，都比太陽(yáng)能業(yè)者所使用的硅晶圓片來(lái)的高要求高。

為了提高原料的使用效率，相關(guān)業(yè)者就必須從各個(gè)角度來(lái)進(jìn)行考量，包括如何從一定長(zhǎng)度的INGOT（硅晶棒），切割出多少的硅晶圓、怎么降低切損（Kerf Loss）、改用線鋸的方式來(lái)切割等等都是需要研發(fā)的方向，同時(shí)為了解決這些問(wèn)題點(diǎn)，相關(guān)的制造設(shè)備也需要同時(shí)強(qiáng)化其能力。

（2）采用線鋸切割可大幅度降低硅材料損耗

在晶圓的切割方面，如果不使用輪盤鋸切割，而改用線鋸切割技術(shù)的話，就必須強(qiáng)化線鋸切割相關(guān)設(shè)備，線鋸切割晶圓技術(shù)是在90年代開(kāi)始發(fā)展，采用線鋸切割的晶圓厚度可以達(dá)到150μm以下，并且所產(chǎn)生的切損只有122μm，目前太陽(yáng)能用硅晶圓也開(kāi)始朝向利用線鋸切割技術(shù)來(lái)生產(chǎn)，這樣的生產(chǎn)技術(shù)對(duì)于半導(dǎo)體用硅晶圓來(lái)說(shuō)，已經(jīng)是主流的切割技術(shù)，到目前為止所使用的線鋸，在開(kāi)發(fā)技術(shù)已經(jīng)可以生產(chǎn)出直徑120～170μm，長(zhǎng)度100～500km、砥粒直徑8～20μm的線鋸。

日本Toyo Advanced Technologies為開(kāi)發(fā)出適合使用在切割太陽(yáng)能用薄型晶圓線鋸，也投入了相當(dāng)大的研發(fā)資源，開(kāi)發(fā)出適用于線鋸切割的技術(shù)與相關(guān)設(shè)備。Toyo Advanced Technologies的方法是，首先直接檢測(cè)線鋸的Wire Tension，立即把Feedback結(jié)果輸入驅(qū)動(dòng)馬達(dá)系統(tǒng)，這樣的用意是，能夠在最短時(shí)間內(nèi)，讓系統(tǒng)來(lái)反映出當(dāng)出現(xiàn)切斷時(shí)的張力變化。另外，為了減少在Wire線所經(jīng)之路上的彎曲部分，不讓W(xué)ire出現(xiàn)勉強(qiáng)受力的現(xiàn)象，Toyo Advanced Technologies的做法是，切斷裂斷強(qiáng)度很低的細(xì)線。而且，由于設(shè)備機(jī)構(gòu)提高了機(jī)械剛性，所以Toyo Advanced Technologies也在主滾筒上增加纏繞Wire的數(shù)量，并且將Wire間的距離所短，來(lái)提高設(shè)備的制程使用負(fù)荷能力。

此外，為了防止?jié){狀液體（Slurry）的黏度受到熱效應(yīng)而產(chǎn)稱變化，因而降低Wire的銳利度，Toyo Advanced Technologies也同時(shí)開(kāi)發(fā)了專用的漿狀液體噴嘴，利用大容量的熱交換器來(lái)控制漿狀液體溫度，使?jié){狀液體平均分布在Wire上。就整體的特色而言，是利用溫度調(diào)節(jié)能力，和被強(qiáng)化的設(shè)備機(jī)械剛性，來(lái)因應(yīng)生產(chǎn)時(shí)的負(fù)荷和熱效應(yīng)問(wèn)題。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，目前這樣的設(shè)備能夠同時(shí)切斷4根155×500mm的單結(jié)晶/多結(jié)晶INGOT，而所切割下來(lái)晶圓的厚度也可以達(dá)到業(yè)者所需的150μm。未來(lái)Toyo Advanced Technologies進(jìn)一步的發(fā)展方向是，為了滿足太陽(yáng)能業(yè)者的要求，將研發(fā)能夠切割更薄晶圓的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)。

（3）嶄新的硅晶圓制程技術(shù)

當(dāng)然為了降低晶圓的生產(chǎn)損耗，并非只能朝向改善切割方式一種發(fā)法。因此也有其他業(yè)者開(kāi)發(fā)出了另一種技術(shù)趨勢(shì)，就是重新設(shè)計(jì)了原來(lái)從INGOT制造，到晶圓切片(Wafer Slice)的制程。

德國(guó)Schott Solar采用了Edge-defined Film-fed Growth（EFG）制程技術(shù)，利用這個(gè)技術(shù)可以降低了多晶硅的使用量。EFG的制程是，把中空構(gòu)造的Tube，從溶解的硅之中提出來(lái)，然后再進(jìn)行表面切除。再傳統(tǒng)制程中，如果要把INGOT拉提上來(lái)之后，再進(jìn)行晶圓切割的方式，這樣會(huì)浪費(fèi)掉約50%的硅材料，但是，如果采用EFG制程的話，所浪費(fèi)的硅材料可以控制在10%左右。所以Schott Solar的策略是，有效利用所有的硅原料，來(lái)提高a-Si的產(chǎn)率。

除了這樣的技術(shù)之外，美國(guó)Evergreen Solar也發(fā)明了另一種技術(shù)String Ribbon technology，這個(gè)技術(shù)是從溶解在鍋爐里的多結(jié)晶硅的下到上牽引出兩條線，利用里面的表面張力來(lái)生產(chǎn)出硅薄膜，不過(guò)目前還正在進(jìn)行研究，以達(dá)到更成熟的應(yīng)用。String Ribbon technology這種技術(shù)除了可以防止在切薄晶圓時(shí)，發(fā)生的切損引起材料的損失之外，還有不需要進(jìn)行清洗制程的優(yōu)點(diǎn)。

此外，為了降低生產(chǎn)時(shí)的硅材料使用量，SolarWorld也和ECN共同開(kāi)發(fā)Ribbon成長(zhǎng)（RGS）技術(shù)。經(jīng)過(guò)各式各樣的技術(shù)開(kāi)發(fā)，以及各方面的努力，預(yù)計(jì)在2010年時(shí)，結(jié)晶硅太陽(yáng)電池模組平均轉(zhuǎn)換效率將會(huì)高達(dá)16%，而且INGOT的重量也可以達(dá)到937公斤，硅晶圓的厚度為150μm，在切損的方面也可以減少到122μm左右。

4、技術(shù)展望：如何開(kāi)發(fā)新一代硅晶圓制程技術(shù)

目前，雖然包括單結(jié)晶硅和多結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池約占市場(chǎng)總額的90%，但是在未來(lái)，多晶硅太陽(yáng)能電池應(yīng)該逐漸被一些新技術(shù)取代，這些新技術(shù)包括基于薄膜硅、球狀硅等新材料或技術(shù)的太陽(yáng)能電池。使用這樣的新材料，就不會(huì)再受多結(jié)晶硅原料的供給不足的困擾，可以實(shí)現(xiàn)增加太陽(yáng)能電池生產(chǎn)業(yè)者，而達(dá)到大幅度的降低生產(chǎn)成本。

值得注意的是，雖然有一部分太陽(yáng)能電池業(yè)者將制程技術(shù)改變成為能夠大幅度減少硅材料使用量的薄膜以及球型技術(shù)，但是就產(chǎn)量而言，與傳統(tǒng)的單結(jié)晶硅/多結(jié)晶硅相較，還是相當(dāng)?shù)纳伲砸呀?jīng)有相當(dāng)多業(yè)者開(kāi)始重新思考，如何開(kāi)發(fā)新一代硅晶圓的制程技術(shù)，如果能夠換一個(gè)角度來(lái)改變看法，或許這也是推動(dòng)硅晶圓生產(chǎn)技術(shù)革新的新力量。

查詢更多信息，請(qǐng)參考以下網(wǎng)站：
1、Solar Energy Industries Association (SEIA)
http://www.seia.org/
2、太陽(yáng)能信息交流網(wǎng)
http://solarexchange.info/
3、Journal of Solar Energy Engineering
http://ww2.asme.org
4、IEA-PVPS
http://www.iea-pvps.org