以矽基為主PN接面的太陽能技術從發現迄今已超過50年了，始終無法取代傳統發電系統，主要在於其居高不下之發電成本，如今石油供給吃緊，蘊藏量變少，造成油價一桶超過100美元，其他發電原料飆漲，以1999年1月為基期截至2007年，石油與天然氣漲5倍、鈾漲3倍、煤漲2倍，加上持續嚴重之溫室效應，顯示能源之斷層點已經到來，接下來的重新調整與均衡，將徹底改變你我的生活型態，而新型態之能源產生技術也將由此開始逐漸取代傳統之發電技術。太陽電池技術之效率提升與生產技術成熟，使得發電成本由每瓦80美元降至每瓦3美元，仍是傳統火力發電的10倍，如何突破這個門檻，將是大家目前努力之目標。傳統的製造方法，從多晶矽到矽錠到切割成晶圓，約有60%以上的矽都在生產過程中浪費掉了，薄膜太陽電池因為厚度僅有傳統矽基電池的百分之一，因此是許多廠商視為降低成本的另一選擇；如今一家公司聲稱能像印報紙般的製備太陽電池，每瓦發電所需的成本小於1美元，甚至在未來將轉化效率推到極致之後，每瓦發電成本僅需0.3美元，普及化所欠缺的臨門一腳，似乎即將到來。
Nanosolar公司的發跡
Nanosolar位於美國聖荷西(San Jose)的伊登維爾科技園區(Edenvale Technology Park)，五年前在Google創始人、eBay 和美國能源部2000萬美元的資助下，及眾人的"關懷與祝福"之下成立了公司，大家不禁要問，這間公司為何會受到青睞?他們所提的技術到底可否成真，還是籌措資金的另一種手法-在金屬基板上將半導體塗料利用印刷技術量產的薄膜太陽電池；如今公司已於上個月開始太陽能板的出貨並且展開正式的銷售，這是世界上第一個印製而成的薄膜太陽電池，也是世界上第一個最低售價的太陽能板。Nanosolar相對同樣位於聖荷西的SunPower(去年股價成長247%)而言還算是小公司，它的總部包含了實驗室、辦公室與製造三個部門，目前僅有200名員工，今年將再增加100位，它年產能約100百萬瓦，2008年持續成長至250百萬瓦，2009年生產線將滿載可達到430百萬瓦；，明年公司將蓋第二個工廠，位於德國柏林南方的魯肯瓦德(Luckenwalde)，並且創造一個一百萬瓦的太陽農場(solar farm )用來提供整個區域的用電，而每一百萬瓦將可產生750小時的電。
圖一、位於聖荷西14萬平方英呎的Nanosolar總部
Nanosolar的目標市場主要在於發電廠，一種新世代的發電方式，電廠位於郊區的開放空間，尤其以沙漠或是其他較不適合居住且陽光充足的地方，設置大規模的太陽能板，產生一個足以供給附近城鎮所需的電力，除此之外，無須考慮建築法規，設置時也不需爬到屋頂上，通常這類的產品比較不會去計較轉換效率，而是希望能降低製造價格，是有別於屋頂使用的太陽能板，這種觀念，在歐洲與亞洲是非常受歡迎的；而在美國加州則是沒有那麼普遍，它們的目標仍放在建造一百萬個太陽能發電屋頂，爲了這個廣大的市場，Nanosolar除了盡量擴大其產能，更積極於提升電池之轉換效率。
圖二、Nanosolar 的可撓式太陽電池
捲軸式(roll to roll) CIGS太陽能電池的開發
Nanosolar的太陽能電池的吸收層不用矽而是另一種多元的半導體複合物，不用真空沉積而是利用捲軸式(roll to roll)的方式印製，而且可以高效地連續生產，因此每瓦發電的成本不到1美元。他們所使用的半導體複合物為CIGS（Copper, Indium, Gallium, and Selenium，銅銦鎵硒），這種材料長期在太陽光照射下效率不會降低；此類型電池的研究始於1977年Maine大學，因為關鍵原料銦以及硫化硒與緩衝層硫化鉻潛在的毒害，僅有少部分的人在研發這類產品，但是材料具有高吸收係數（α>105㎝-1）之特性，因此吸收層的厚度可以更薄，拜多晶矽缺料及其他薄膜電池之效率尚無法突破12%之賜，在這兩年獲得大家的青睞，投入大量人力與物力，技術快速成長，實驗室完成的CIGS太陽電池，光電轉換效率最高可達約19﹪，就模組而言，最高亦可達約13﹪，投入的廠商有：Miasole、Globalsolar、Nanosolar、Solyndra、Showa shell、Sekiyu K.K、Honda、Avancis、Würthsolar等。
目前CIGS太陽電池的吸收層，可以利用蒸鍍，濺鍍或是奈米粉體來製備，不同的製程有其優劣與限制並影響電池的效率與成本。蒸鍍，顧名思義就是將材料加熱直到蒸發，沉積於基板，這是非常容易的作法，但是材料的利用率卻是偏低，而且很難大面積化，雖然得到的膜品質很好，但是鍍率過慢，目前仍不適合量產。而銦與鎵為軟性材料，是很難製成奈米粉體，縱使得到了，也是非常不穩定，在多元的半導體複合物中，很難準確控制其化學劑量之準確性，並且所費不貲。因此利用物理氣相沉積 (Physical Vapor Deposition，PVD)或稱濺鍍(sputtering)的真空製程為目前最常見的製程：將銅銦鎵硒或是銅銦鎵製成靶材透過電漿直接將材料沉積於基板上，因此靶材的純度就變的非常重要，但往往品質越好的靶材，相對所需的成本也越高，而材料的成本又佔了整個薄膜太陽電池中一個相當高之比例，所以如何降低材料成本甚至製造成本，才可使售價降低，也唯有如此，才能吸引更多事業主或屋主願意採用太陽能板來發電。而Nanosolar避開這些問題，直接挑戰最低價的製程，於大氣中利用捲對捲的製程，將銅銦鎵硒奈米粉體直接噴灑於鋁箔之上，製成可撓的太陽電池，其結構與傳統之CIGS電池相似，但成本卻降至傳統電池的一半以下。
CIGS油墨的構想可說是整個產品的靈魂，透過有機物的分散，銅銦鎵硒的奈米粉體均勻的混合在一起，藉由印刷製程，將這些粉體依正確的原子比例完整且均勻的沉積於基板上，說起來似乎很容易，但Nanosolar真的做到了，他們將這項技術變成是可以量產的，不但可重複、可大面積、具有高良率，而且此半導體薄膜的特性不輸真空製程的薄膜。
圖三、Nanosolar的CIGS油墨
利用印刷技術來沉積薄膜顯然是目前最簡單、快速且產量最大，但相對成本較低的製程技術，對於快速成長的太陽電池市場，可說是最恰當不過了，就如同大家每天在看的報紙不過是前一晚才開始印製的，設備便宜容易保養，不需要昂貴的真空設備，油墨直接沉積於基板上，都不會有任何浪費。因為使用可撓的鋁箔作為基板，其導電率是不鏽鋼的20倍，更是遠勝過玻璃，不但可當作下電極，更可搭配高輸出的捲對捲製程，並增加搬運與儲存之方便性，當然捲對捲製程的設備成本也是屬於較低的，同時也是適合大面積的一種製程，雖然一開始兩邊滾輪重量不同，轉速無法快，但是達到平衡之後的穩定狀態便可加快，並且使得薄膜變的較均勻，而減少了一般真空鍍膜常見的邊際效應。
Nanosolar的CIGS油墨與捲對捲印刷製程將為太陽電池帶來新的衝擊，一種最低成本的太陽電池，一種可以快速生產的薄膜電池，他們的科學家與工程師是在開創一個新的領域，關於產品、設備與製程的專利已超過180篇，公司希望釋出其中一些原創的專利，藉由交互授權加速產品的研發。
去年12月美國著名科普雜誌-科技新時代 (Popular Science)評選出了”2007年度100項最佳科技成果”，Nanosolar的電力紙(Powersheet)獲得了綠色技術的特別獎。文中特別提到其獲獎之理由，摘錄於下” 成本只有今天薄膜太陽能電池的1/10，生產速度也能達到每分鐘上百米，如果能夠順利擴大量產規模，很有可能會大大改變今後的太陽能電池產業。”
圖四、Nanosolar的電力紙太陽電池
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