近年來由於生產技術的精進與發展，太陽電池的製造成本已壓縮到達極限，若要再進一步降低總生產成本，唯有從吸收層的材料成本著手，才有降低發電成本的機會。矽晶太陽電池50% 的總生產成本在於吸收層材料－矽晶片，其他成本（電池、模組製程）則約占50% ，近幾年為了降低矽晶片的生產成本，因而發展出了一些新的研究，包括低成本冶金級矽純化技術、原料回收技術及薄晶片技術。
薄晶片之特點
薄晶片有幾項優點，第一個優點為可以減少晶片的材料使用成本。圖一是由多晶錠製造晶片時，各階段的材料損失，多晶錠生長完畢後，會先將靠近坩堝壁的邊料及頭尾料切除得到晶棒，此時材料損失約30% ，而這些材料可以回收再重新使用，晶棒切割成晶片時有高達34% 的材料損失，這是因為切割時的切割損失(Kerf-loss)所導致。以目前產業使用主流的200 µm晶片為例，切割損失的寬度將近170µm ，假使晶片厚度可以變薄或切割線線徑可以再縮小，晶片的材料成本就可以大幅降低。薄晶片的第二個優點是如果晶片本身的品質不佳時，減薄晶片相當於縮短少數載子(Minority Carrier)擴散所需要的距離，不但可以減少載子再復合(Recombination)的機率，同時也可以增加電池的能量轉換效率，這項優點對於品質較差的晶片特別明顯。第三個優點為當晶片薄化到一定程度時，晶片會具有可撓曲的特性，此時製作出的太陽電池就可以隨著實際應用的需要來改變曲率，可應用在非平面的電池製作，例如在汽車車身安裝矽晶太陽電池，為了貼合曲線就必須使用可撓曲的晶片。
圖三、可撓曲薄型矽晶電池
薄晶片確實可以節省材料，但也存在一些問題需要克服。第一個問題是薄晶片電池在電極化(Metallization)的過程中，由於傳統的背面網印鋁電極與矽晶片的熱膨脹係數不同，因此晶片越薄越容易在電極燒結完後造成翹曲，這會提高電池在後續封裝時的破片率，如果此時背面網印較薄的鋁電極，可以減少晶片的翹曲程度，但相對會造成電池開路電壓(Voc)的降低。
薄晶片的第三個問題是當晶片薄化時，光的穿透度開始增高，由於光的吸收減少，造成能量轉換效率的降低。因此對於薄晶片電池而言，提高背面的反射來增加晶片的吸收度是非常重要的。
薄晶片之製作方法
目前薄晶片的製作方法有Ribbon Growth 、THIS Technology 、DFT Technology、SLIM Cut 、Macropores Lift-off 、SSP 等六種，各方法之生產方式與特徵說明如下。
1. Ribbon Growth
Ribbon Growth 是一種特別的長晶技術，其方法為直接由矽熔湯中提拉出矽晶片，這是目前市場上已在量產晶片的一種長晶技術。Ribbon 晶片的厚度可以藉由拉晶的速度控制，適當的熱場控制並搭配合適的拉晶速度，可以生長出5~800 µm的晶片，因此並不僅侷限於一般晶片的製造，也可用來生產薄晶片。
圖七、各種不同的Ribbon 生長方式
3. DFT Technology
DFT Technology (Direct Film Transfer)是Kerf-free 的切片技術， 其主要方法在1995 年發展出來，當初是應用在IC 產業的SOI Wafer 製程上（稱為Smart Cut），其專利屬於法國的SOITEC 公司， 2007年開始被引進太陽能產業做為薄晶片製程之方法。DFT 切片程序如圖九所示，其方法為利用離子植入法植入固定能量的氫離子，而固定能量的氫離子可以打斷相同深度的鍵結，因此可以得到厚度均勻的晶片，只要控制離子束能量的大小，就可以得到不同厚度的晶片。DFT 法目前已經進入量產階段，美國Twin Creeks 公司已經可以量產6 吋、4 µm 的矽晶片，而投入太陽電池產線後，平均能量轉換效率12.4% ，目前該公司正致力於能量轉換效率的提高。DFT法是目前晶片量產可以達到最薄厚度的技術，而生產出的晶片由於厚度已經小於傳統晶片鹼蝕刻的尺寸(5~10 µm)，因此後續的電池製程全部都必須調整，傳統酸鹼蝕刻製程已不再適用……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文
作者：王珽玉 /工研院綠能所
★本文節錄自「工業材料雜誌296期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=9530