台灣太陽光電產業的主力是矽晶太陽電池(Si-based Solar Cells)生產，整體投資的產能規模在世界排名第二，但是廠家要如何渡過目前的需求不足、產能過剩的困境，且如何因應未來的嚴厲挑戰呢？由於台灣之前投入太陽能廠家均認為太陽電池技術門檻不高，只要有資金，且能找到Turn-key的技術與設備，即可在極短的時間內生產獲利，甚至於股票上市櫃，賺取豐厚的利潤。而現在多數的廠家已經瞭解自身擁有的太陽光電技術實力仍然不足，但競爭的壓力卻愈來愈大。台灣在過去6、7年來累積了不少太陽光電的行銷、生產經驗與能力，可是在改善材料、性能提昇與降低成本的技術上，仍然有許多空間需要突破克服，未來才能有機會存活，並在世界上持續領先。
矽晶太陽電池的電極導線製作，基本上仍以網版印刷技術為主流，為何網版印刷技術在太陽光電的導線應用可以持續興盛？主要的因素是：1.在厚膜製程上已經應用非常成熟；2.製程與設備都相對簡單；3.可以製作各種功能性的材料；4.具高度彈性可製作各類圖案(Pattern)；5.可以製作高精度的導電線；6.設備與技術人才可以容易由電子產業轉進；7.製造成本相對便宜，產率也相當高。但是仍然需要去面對導電膠流變性(黏度隨時間與環境的變化)、粉體分散性不佳(凝聚結塊)、印刷導線的高線寬/線高比(Aspect Ratio)、導線變細時易斷裂、矽晶片厚度減少時易破裂與翹曲過大等等材料與製程參數的關鍵問題。
圖一為矽晶太陽電池導線結構示意圖[1]，一般的印刷技術都可以達到如圖中的指標，正面銀電極指狀線(Finger): 15 - 25 μm、抗反射層(SiNx): 0.07 μm、射極(Emitter): 0.2 - 0.4 μm、基極(Base): 160 – 200 μm、背表面電場(BSF): 4 – 10 μm、背面鋁電極(Rear Al): 25 – 35 μm。但如果要將線寬變窄，可以使用二次網印(Double Printing或稱為Print-on-Print)的技術， DEK Solar公司的研發結果如圖二所示，是太陽電池二次網印導線3D結構圖與線路相片，圖中的導線寬為80μm、導線的線高度約 33μm；實驗顯示二次網印導線的高度與寬度，都可以控制得相當均勻。圖三為荷蘭能源研究中心(ECN)開發的二次網印(40mm)與一般網印(130mm)導線的線寬比較圖，以及實際線路對比相片；二次網印技術的線寬可以變窄至40mm，對於實際的轉換效率提昇具有正面的效益。
圖一、矽晶太陽電池導線結構示意圖 [1]
全球最大的導電膠公司為美國杜邦公司(DuPont)，其在2010年的EUPVSEC論壇上發表，提出太陽電池金屬導電線技術發展藍圖 (見圖四)，主要重點在：提高轉換效率、使用環保材料、新型電池設計(MWT、EWT)、製造成本等四大主軸，闡述身為全球龍頭大廠的研發方向與目標。預計矽晶太陽電池的轉換效率到2012年要達到20%，並且可以減少約15%材料使用量，導電度也不會降低。開發背接式(Back Contact)電極的技術，以提高轉換效率，這也是該公司未來的研發重點之一。將來會以非接觸式導線印刷與MWT (Metal Wrap Through)技術發展，期望在2015年矽晶太陽電池的轉換效率可以達到22-24%。此外，不含鉛(Lead-free)的導電膠發展，亦是未來環保上的重要議題，合金材料的開發即是關鍵所在，當然如何提高導電材料的燒成緻密度、消除---本文節錄自「材料最前線」專欄，完整資料請見下方附檔。
作者：林江財 /台灣熱泵協會理事長；工研院綠能與環境研究所顧問
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