李守仁/健行科技大學、白立文編譯
在前一篇「日本2020年太陽光電開發戰略」一文中(請參考日本2020年太陽光電開發戰略)，介紹了日本對於2050年太陽光電大量導入時，人類社會可能面臨之五大挑戰的解決方案：強化產業競爭力之太陽光電產業高附加價值化、解決大量導入後社會將面臨之場所與電網系統限制、提高安全性、建構循環型社會以及降低發電成本。本文則將節錄整理太陽光電業的主角---太陽光電板的技術發展現況，並分別就結晶矽、CIGS(CIS)、Ⅲ-Ⅴ族與鈣鈦礦太陽電池等做進一步的介紹。
一、 結晶矽太陽電池
結晶矽太陽電池因擁有低成本、高光電轉換效率的優勢，在太陽電池市場約有九成的市佔率。在追求高光電轉換效率的潮流趨勢下，單晶矽太陽電池成為現今市場主流。其光電轉換效率的提升，主要聚焦於背面結構、電極以及界面控制設計等研究方向。
1. PERC (Passivated Emitter and Rear Contact)結構太陽電池
傳統之 p型BSF (Back Surface Field，背表面電場層)太陽電池在矽晶片背面與鋁電極間形成BSF層。此種製程可以有效降低成本，但無法進一步提升光電轉換效率。為提升光電轉換效率，須展開將BSF改良為PERC的技術開發。
PERC係在太陽電池半導體之背面附加鈍化膜(Passivation Film)，使電洞與電子不易再結合，光電轉換效率遂得以提升。其後，再進一步改良PERC，將接觸之部位局部進行P+擴散處理，形成PERL (Passivated Emitter and Rear Locally Diffused Contact)結構，全背表面進行P+擴散處理，即是PERT(Passivated Emitter and Rear Totally Diffused Contact)結構。
2. TOPCon (Tunnel-Oxide Passivated Contact)結構太陽電池
PERC結構太陽電池的開發，大幅提升了光電轉換效率，唯其VOC(Open Circuit Voltage，開路電壓)增益有限。而改良鈍化膜的TOPCon結構，即可有效提升VOC。
TOPCon結構主要是在太陽電池半導體之背面附加極薄的氧化物鈍化膜，藉由表面無接觸之穿隧效應(Tunnelling Effect)取出電極的電洞。如此將電洞與電子易再結合之電極-半導體接觸降至最低，以抑制表面再結合的損失，達成光電轉換效率的提升。
3. 異質接面太陽電池
相較於結晶矽太陽電池，異質接面太陽電池可減少接合面的缺陷，延遲表面再結合的速度，大幅提高VOC。此結構主要在結晶矽表面使用非結晶矽鈍化層，其可減少矽的使用量，並減少製程所需的能源。然而，其製程技術門檻高、製造成本也較高。如何降低製造成本是其技術實用化的要件。此外，金屬氧化物等新材料之能帶工程(Band Engineering)與原子級之界面控制也是高性能異質接面結構技術的重點。
4. 背電極型太陽電池
位於太陽電池的正表面電極會遮蔽部份入射光，如果將電池正面電極配置於太陽電池背面，電池即可接受到更大的---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
CIGS (CIS)太陽電池
CIS係由銅(Cu)、銦(In)、硒(Se)的化合物所組成(圖一)。相對於結晶矽太陽電池厚度150〜200μm，CIS太陽電池厚度非常薄，僅有2〜3μm，故大量生產時其成本較低。CIS太陽電池的特點為能隙(Band Gap)較寬、VOC高且溫度係數小以及高溫時之發電損失小。此外，由於其為積層結構，遮蔽影響小，可以吸收較多的光，但也因厚度薄，光線在其電池內部之閉鎖時間較短。目前其光電轉換效率低於結晶矽太陽電池，仍有待進一步提升。
CIS太陽電池之光電轉換效率一般約10%左右，結構與材料的研究是提高其光電轉換效率的兩大法寶。透明導電膜材料開發、結晶性的高品質化與背面反射的應用等，可提高CIS結構內的光利用效率。目前已有光電轉換效率---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖一、結晶矽太陽電池與CIS太陽電池