各類太陽能電池材料發展趨勢與比較

整個太陽光系統的成本結構中，佔比最高的是太陽能模組，其中一半以上的成本歸於太陽能電池，因此如何有效降低成本，並讓太陽能電池成為平價且易於普及的商品，關鍵就在於太陽能電池上。

太陽能電池根據所使用的原料、構造與製造方法可分為數種，形式上則可分為基板式與薄膜式。過去常見的大多屬於基板式電池，採用的是單晶式或相溶後冷卻而成的多晶式基板；而薄膜式電池則具有曲度，並有可撓、可摺疊等特性，材料則較常用非晶矽。近年來也積極開發有機或奈米材料製作的太陽能電池。

如果根據太陽能電池的發展時間來區分，則可分為四個世代：第一代為基板矽晶、第二代為薄膜、第三代則是有機與奈米材料等的新觀念研發、第四代則是複合薄膜材料。

矽晶圓太陽能電池為市場主流

目前市場的主流還是矽晶圓太陽能電池，這在半導體產業發達的台灣來說具有相當優異的利基，國內外諸多專家都曾樂觀表示台灣所擁有的完整半導體與面板生產供應鏈，能夠快速且積極布局太陽能電池產業，進一步投入生產並擴大產能。

矽晶太陽能電池目前還是市佔率最高的種類，也擁有相當多種結構，目前研發的目標則是朝向提高光電轉換效率，同時儘量不增加製造成本邁進。目前可採用的技術包括：
1. 選擇性射極太陽能電池：其製造技術包括回蝕式選擇射極技術、阻障層開口式選擇性射極、雷射摻雜選擇性射極等。選擇性射極技術式在電極下方局部擴散高濃度的雜質降低片電阻，進而避免接合時所帶來之電阻增大問題。
2. HIT型太陽能電池：主要是由單晶矽材料與寬能隙的非晶矽材料所組合而成。優點是光電轉換率較高、較好的溫度特性、較高的開路電壓。

薄膜太陽能電池多應用於綠建築

矽薄膜太陽能電池的發展是因為矽材料短缺所促使。矽薄膜太陽能電池的優點包含：使用化學氣相沈積法製作，不會有材料短缺問題；能源回收期較短、整體發電量高於矽晶太陽能電池、低照度下依然有高效率呈現、可與綠建築合為一體。

薄膜電池的優勢在於可以彎曲與摺疊，因此能夠應用在不同造型與場合上。目前在新一代的綠建築中大多採用薄膜太陽能電池，以維持建築獨特的造型，並且能夠因應不同的天候變化不致於出現發電問題。

有機、無機太陽能電池各有優缺點

染料敏化電池則是屬於有機太陽能電池的一種，其他兩種有機太陽能電池則分別是小分子太陽能電池與高分子太陽能電池，上述三種電池亦被稱為第三代太陽能電池。這三種電池具有低成本、製程簡單及高效率等優點，是矽晶太陽能電池無法比擬的。

染料敏化太陽能電池光電轉換的理論效率為33%，但目前的測試都在10%以下，同時染料也有電解質溶液變質和液體洩漏等問題，在在影響了染料敏化太陽能電池的壽命與普及化，還無法在市場上銷售。因此目前主要的研究目標除了找尋新材料或改變結構外，就是研究如何提高光電轉換效率。

而最近討論較為熱門的則是鈣鈦礦太陽能電池，此類電池的結構源自於染料敏化太陽能電池，因此發電原理也跟染料敏化電池類似，差別在於透過二氧化鈦將電子傳遞到外部電路。

目前較高效率且高穩定的染料敏化太陽能電池所使用的是釕金屬染料，此類染料含有稀有的釕金屬，但價格偏高。也因此，部分研究團隊開發出不含金屬的有機染料。然而有機染料的問題在於合成步驟複雜、效率低且穩定性差等缺點，因此也逐漸開發出採用無機材料替代染料。但目前無機材料製作成的染料敏化電池之光電轉換效率都低於7%。相對於無機材料，採用鈣鈦礦的有機金屬染料光電轉換效率則可提高到6.5%，但缺點是容易回溶回液態電解液中，或是快速裂解，使得使用效率大幅降低。

串疊型產品近年來逐漸受重視

串疊型電池則是採用新型元件結構的電池，是利用多層不同能隙的太陽能電池，達到吸收效率最佳化的設計。特點是分別由兩個電池吸收紅光與藍光區域的光譜，以增加太陽能的轉換效率。根據理論計算，如果在結構中放入越多層電池，轉換效率將可以逐步提升，甚至可以達到50%的轉換效率。

但是串疊型電池的技術難度在於如何做到電流匹配。最主要的原因在於當上下兩層電池產生的電流串聯時，電流流量會以較小的那顆電池為主，當串疊越多層時，損耗也會隨之產生。這種電池屬於高聚光太陽能發電電池，技術上具備發電效率高、溫度係數低及最能降低發電成本等優勢，這幾年來逐漸受到重視。

台灣太陽能電池技術發展

台灣部分也有核能研究所，利用MOCVD磊晶生長的方法進行堆疊式單體型太陽能電池晶片的開發，所完成的太陽能電池在128個太陽條件下，最佳光電轉換效率達到了39.07%。另根據聚光型太陽能發電協會的資料顯示，此類聚光型太陽能發電的全球市場估計會以145%的年複合成長率成長。

目前新開發的染料敏化太陽能電池包含量子點敏化太陽能電池與串疊型染料敏話太陽能電池。但都還停留在實驗室階段，尚無法量產。

相較於不同材料的發展狀況，矽晶為主的太陽能電池擁有較為長久的研發歷史，相關研究與生產流程也較為完整，依然是目前的主力商品。但因為矽晶類的原料會隨著時間而造成短缺現象，因此價格部分偶有波動，並且在應用範圍方面與其他種類的電池相比較為受限。但，目前矽晶太陽能電池仍是光電轉換效率最高的，加上臺灣有豐富的半導體產業供應鏈，依然擁有豐富的利基市場。

就價格而言，目前能夠與市電價格相抗衡的則是薄膜式太陽能電池與有機太陽能電池兩種，特點則是整體發電量遠高於矽晶太陽能電池，低照度仍有高轉換效率及具彎曲特性可與建築融合一體。不過此類電池的壽命卻較短，對於實際導入而言長期成本過高，也是市佔率無法有效提升的問題之一。