次世代薄膜太阳光电设备之发展机会 第一章绪论

1、第一章 緒論第一節 研究動機與目的1973年第一次石油危機發生，各國開始警覺到石化能源的獨佔性及有限性，因此積極開發太陽能源的應用科技，以期減低對石化能源的依賴性。發展迄今，以太陽能源化解石油危機的功能並未發生，卻由於人類文明高度倚賴石化能源的結果，可能導致石油存量在四、五十年內耗用殆盡，以及使用傳統燃料所衍生的溫室氣體排放問題，再次引發各國對太陽能技術的關注。由於太陽光電具有環保與經濟等諸多優勢，如：不必使用石油燃料，不會產生噪音、有害氣體、及空氣污染，必須認證具有高度安全性與可靠度，安裝容易且維護成本低，能夠遍及偏遠的農村地區（特別是電力系統尚未建構完善的開發中國家），配合現代化的建築設計

2、（如BIPV等），以及創造綠領階層的就業機會等；因此，成為各國政府與產業界推動替代性能源的重要方案，如澳洲的陽光電城計劃（Solar Cities initiative）、美國的百萬太陽能屋頂法案、以及中國大陸的上海開發利用太陽能行動計劃等，即是透過政府政策的持續推動，帶動太陽光電技術的開發與應用。根據Prometeus Institutue（2009）的預估資料顯示：2012年全球太陽能電池模組的生產量將可達23,723 MW，較2008年成長近2.5倍，包括：矽晶圓太陽能電池模組的15,556MW（佔66%）、薄膜太陽能電池模組的7,941MW（佔34%）、及其他太陽能電池模組的225MW

3、（1%），可見薄膜太陽能電池模組的成長迅速，此乃其特有的競爭優勢所肇動，如使用材料少、製造成本低、重量輕、與矽晶圓型產品比面積較小、可應用於新領域（如BIPV）與彈性基材等；進而細分幾個子領域項目：CIGS薄膜太陽能電池模組的2,973MW（佔13%）、CdTe薄膜太陽能電池模組的1,481MW（佔6%）、以及矽薄膜太陽能電池模組的3,487MW（佔15%），顯示出CIGS薄膜太陽能電池模組的高效率與低成本潛力的特點，將會在公私部門的投入下有較大的成長空間，詳見圖1-1所示。資料來源：Prometeus Institutue (2009/02)圖1-1 2012年全球太陽能電池模組的產量統計然

4、而，CIGS薄膜太陽能電池模組仍在試量產階段，可行製程也有多種選擇方案，如濺鍍製程、共蒸鍍製程、電鍍製程、與印刷製程等，每種製程都有其特有的優缺點，尚未發展出具代表性的製程技術，哪種製程能夠順利量產且創造高效率與低成本的競爭力，將是未來致勝的關鍵要素。因此，本研究旨在瞭解CIGS薄膜太陽能電池模組的可行製程的量產要求，以及每種製程需要的製程設備與加工條件，進而說明可能存在的設備商機，國內設備廠在既有技術能量與未來能力發展的情況下，能夠掌握此一新興產業的哪些設備商機。第二節 研究範圍太陽能電池發展迄今已有三十多年歷史，衍生出多種太陽能電池模組。其中，矽晶類太陽能電池發展最早，包括單晶矽（Mono

5、 c-Si）太陽能電池、多晶矽（Multi c-Si）、HIT（結合單晶矽與多晶矽）太陽能電池、片狀/帶狀矽（Sheet/Ribbon）太陽能電池等，所佔比重也高達九成；其次為化合物太陽能電池類，主要是-族之砷化鎵（GaAs）太陽能電池，具有轉換效率高但製作成本也高的特點，主要應用在聚光型系統或太空等特定用途，上述二種即為現世代、晶圓型太陽能電池。近年來，次世代、薄膜型太陽能電池的發展也備受矚目，包括矽薄膜類（Thin Film Si，TFSi）太陽能電池，如非晶矽（a-Si）、微晶矽（uc-Si）、堆疊型（a-Si/uc-Si）等，以及化合物薄膜類太陽能電池，如碲化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（

6、CIS/CIGS）等，市佔率雖不及一成但未來發展備受矚目。最後則是第三代的有機染料太陽能電池，目前尚未達到量產階段，預期2030後才會發展得較為成熟，詳見圖1-2所示。現世代、晶圓型矽晶類化合物類單晶矽Mono c-Si、多晶矽Multi c-Si、HIT砷化鎵GaAs次世代、薄膜型矽薄膜類化合物薄膜類非晶矽a-Si、微晶矽uc-Si、堆疊型a-Si/uc-Si碲化鎘CdTe、銅銦鎵硒CIS/CIGS化合物薄膜類第三代染料敏化DSSC、高分子polymer cell、New Concept資料來源：工研院IEK（2009/11）圖1-2 太陽能電池的種類特別是CIGS薄膜太陽能電池，可能具有高

7、效率與低成本的潛在優勢，無論公私部門均投入大量資本於大型CIGS薄膜太陽能電池廠的設置，此舉將會促使此類產品的量產問世時間加速；然而，目前少有業者能夠發展出量產的有效製程技術，多數面臨工期拖延、人員變更、以及技術與製程如何整合等問題，卻仍然具備諸多的潛在優勢，如非真空roll-to-roll製程的低成本優勢等，值得深入加以探究。因此，本研究範圍將以CIGS薄膜太陽能電池為主，企圖在世界大廠尚未佈局完善之際，試圖剖析國內設備廠商的可行商機。第三節 研究架構與研究方法本研究旨在探討國內設備廠商在CIGS薄膜太陽能市場的可行商機，具體內容包括：一、緒論，二、市場分析，三、製程分析，四、國產設備之發展機會分析，以及五、結論與建議等，詳見圖1-3所示。二、市場分析1. 2009年之發展2. 金融海嘯後之整體環境3. CIGS尚存之問題與挑戰4. 2009年歐洲太陽能會議與展覽三、製程分析1. CIGS技術概述：元件、模組、製作流程2. 共蒸鍍製程3. 濺鍍製程4. 電鍍製程5. 印刷製程一、緒論四、國產設備之發展機會1. 次世代太陽光電設備發展機會2. CIGS關鍵製程設備分析3. 國內相關製程設備能量五、結論與建議資料來源：工研院IEK（2009/11）圖1-3 本研究之研究架構在研究方法上，主要作法有：初級資料的蒐集與分析：可概分為國內廠商訪談、專家