太陽光電 3大勢力逐鹿爭霸

油價屢創新高,發展太陽能產業刻不容緩。除了多晶矽太陽能電池外,薄膜太陽能電池、聚光型太陽能電池也異軍突起,形成百花齊放的盛況。

當原油價格每桶突破150美元後,各種替代能源的研發就更熱門了,替代能源的研發已不只是取代石油,而是足以帶動全球新經濟的潔淨產業。

除了風力、水力、潮汐之外,太陽光電產業依舊是較成熟,應用規模廣的替代能源。

台灣也趕上這波太陽光電熱。根據工研院太陽光電科技中心的統計資料,2006年台灣矽晶太陽能電池產能為440MW(百萬瓦),2007年成長到900MW,預估2008年可達到2,110MW。至於產值方面,台灣太陽光電產值在2005年才新台幣70億元,到2007年暴增到535億元,2008年可望達到1,000億元,光電中心預估,到2015年產值可達4,000億元。

根據工業局統計,台灣2007年的產量占全球市場的7%,僅落後日本、德國、中國大陸、美國,為太陽能電池第五大生產國;2010年台灣太陽能電池與模組廠商的全球市場占有率有機會提升到16%,晉升全球第四大太陽能電池生產國。
 

多晶矽電池暫居主流
儘管替代能源前景看好,不過現有主流的太陽能電池生產成本過高,因為晶矽太陽能電池的原料,也就是多晶矽材料嚴重缺貨,使得晶矽太陽能電池的價格始終居高不下。

太陽能產業鏈由上游到下游,依序是:矽晶原料生產→晶圓製造→太陽能電池→太陽能電池模組→太陽能電池系統。而矽晶原料按分子的排列結構可分為多晶矽(Poly-Silicon)與單晶矽(a-Silicon),這兩種材料占太陽能晶片整體市場的89.5%,在台灣更超過9成。

國內大廠茂迪、益通、旺能,以及昱晶、新日光等後起新秀,都是生產多晶矽太陽能電池。

工研院產業經濟與趨勢研究中心(IEK)能源與資源領域產業分析師王孟傑說,多晶矽太陽能電池的光電轉換率約為15%,雖然比單晶矽太陽能電池低,但生產成本較單晶矽低廉,因此是目前全球太陽能電池的主力。


矽晶原料供應出現瓶頸
太陽光電最上游的矽晶原料生產,全部都由Wacher、MEMC、REC等國際大廠所壟斷,由於提煉的矽晶原料供不應求,純多晶矽現貨市場在今年第一季創下每公斤400美元成交紀錄,也連帶使得矽晶圓的價格攀高,即使台灣擁有中美晶、合晶這兩家太陽能晶圓製造廠,也無法生產足夠的晶圓給下游的太陽能電池廠。

由於半導體景氣循環的教訓,讓矽晶原料生產商在擴產時非常謹慎。再加上採礦及矽純化的技術門檻高,建廠時間長,「所以無法隨下游太陽能電池廠的需求增加而加快提高供給,」IEK能源與資源領域研究員李雯雯說明近兩年太陽光電產業面臨的困境。
 

薄膜太陽能晶片異軍突起
多晶矽材料的缺乏,使得部分有意進軍太陽光電的業者,轉向投入薄膜太陽能電池。目前國內已有多家薄膜太陽能電池廠正在建廠、或開始小量生產,未來爆發力令人期待。

王孟傑分析,薄膜太陽能電池有數種不同製程,有些對矽晶原料的需求極低,有的則改用其他原料,總之,薄膜太陽能電池可擺脫矽晶原料的制約,未來若光電轉換率能進一步提升,與多晶矽太陽能電池看齊,將可節省7~8倍成本,這也是讓業者趨之若鶩的原因。

薄膜太陽能電池的主要技術可分成非晶矽、碲化鎘(CdTe)和銅銦硒化鎵(CIGS)3種,美國以碲化鎘為主,台灣則因非晶矽製程與TFT-LCD相似,而選擇非晶矽製程,利用電漿式化學氣相沈積法,在玻璃或可彎曲的基板上蒸鍍上厚度約1微米的非晶矽薄膜,也因此被稱為薄膜太陽能電池。

薄膜太陽能電池的好處在於,重量比多晶矽太陽能電池輕、可透光,還能製成可撓式太陽能板,應用在弧形玻璃帷幕建築上,而且對光照度的需求比多晶矽太陽能電池低,累積發電量相對較高,「而矽晶用量低,也是另一個重要原因,」李雯雯說。
 

累積發電量 比光電轉換率重要
雖然薄膜太陽能電池的光電轉換率只有7%,具量產薄膜太陽能晶片能量的大豐能源總經理特別助理張言全提出新觀點:「太陽能電池的價值,決定於累積發電量,而非轉換效率。」多晶矽電池雖然轉換率比薄膜電池要高出一倍,但只有在日照充足,尤其是早上10點到下午2點的高照度時間,才能發揮較高效率。

薄膜太陽能電池雖然轉換率低,但在早晚及陰天的低照度環境都可發電,而且在漫射光線下也可吸收光源,非常適合安裝在建築物的四周牆面,其整體累積發電量反而比晶矽電池表現突出。
 

聚光型太陽能電池 適合小區域發電
第三種台灣業者陸續投入研發的是「聚光型太陽能電池」,其原理是以三五族化合物半導體材料,製成太陽能電池晶片,利用聚光鏡將太陽能量聚集在太陽能晶片上。聚光鏡可使單一太陽能晶片接收到數百倍的太陽光能量,光電轉換率高達35%,又可大幅減少太陽能電池晶片的使用量,沒有大面積的困擾,很適合在都會區的高樓安裝使用,但缺點在於單價較高。

目前進軍聚光型太陽能電池的廠商,包括台達電、全新、晶電、嘉晶等公司。其中,全新光電是台灣第一家即將量產聚光型太陽能電池的廠商。
 

半導體與面板人才 轉戰太陽能
原油總有耗盡的一天,太陽光電產業的前景可謂充滿「陽光」,但台灣首先得先解決人才不足的問題。

多晶矽太陽能電池的製程與半導體相似,薄膜太陽能電池製程則與TFT-LCD雷同,但王孟傑表示,半導體製程一切都已標準化,多晶矽太陽能電池的製程雖然只不到半導體的1∕10,卻沒有一定的標準,全要靠一點一滴的經驗累積,以人力發展來看,在成熟的半導體產業,一切按部就班,但在太陽光電產業,人人充滿機會。

也因此,新日光與昱晶成立時,就有不少台積電與聯電的工程師跳槽;而薄膜太陽能電池廠宇通,也從友達延攬了一批有面板研發生產背景的工程師。

即便如此,每家太陽能電池廠依舊為人才所苦。
 

急需材料/化工/物理人才
「雖然茂迪現有100位工程師,但我們還是急需有志太陽能光電產業的年輕人一起打拚!」在台積電服務9年,去年轉戰茂迪的人資經理劉博民說,2007年茂迪總產能為170MW,今年將達到280MW,加上昆山廠第三季將量產,急需材料、物理背景投入研發工作,而製程與設備部門也需要電機、電子、化工、化學、機械背景者加入。

專攻薄膜太陽能電池的大豐能源,更直言求才若渴,「人才我們絕不嫌多,而且人數也沒有限制。」張言全強調,其他廠商都是買整廠設備,但大豐是自己開規格採購設備,必須自行整合所有設備並優化生產流程,雖然辛苦,但卻能建立自主生產力,「因此我們需要受過實驗及統計方法訓練,而且敢冒險,能從實驗中找出答案的工程師。」

大豐能源需要化學、物理背景者,有經驗最好,新人同樣歡迎,一起投入化學氣相沈積法的製程研究。另外,設備與機電整合部門的工程師,則不只是「顧機台」,而是積極投入新設備整合,不斷嘗試實驗,找出設備整合的最佳效能,歡迎有設備整合經驗的電機、機械專才加入。

台灣的太陽能電池產業才剛起步,人才比設備更重要,只有擴充太陽光電人才庫,台灣才有機會迎接潔淨產業的曙光。