91猫先生

　　太陽能电池技術發展至今已經超過 50 年了，但是始终无法取代传统的电池，主要在於成本太高。要降低太阳能发电的成本有二种主要的方法，一是降低製造成本以利大量製造，另一个则是提高转换效率。传统的硅晶圆製造方法，约有 60% 以上的矽都在生產過程中浪費掉了，而薄膜太陽能电池其厚度僅為傳統矽晶圓电池的百分之一，因此發展薄膜太陽能电池是降低成本的一個很好的選擇。在非晶矽薄膜 ( a-Si )、碲化鎘 ( CdTe ) 與銦鎵硒 ( CIGS ) 三種薄膜太陽能电池的產能價格比較中，顯示未來將以碲化鎘及銦鎵硒二種薄膜太陽能电池的價格較具競爭優勢，其中投入較多的銦鎵硒太陽能电池是目前薄膜太陽电池中效率最高，而投入廠商較多未來成長性也較大。近幾年薄膜太陽能市場可以藉由 First solar 公司的总产能来观察趋势，随着时间其产能也有持续上升的趋势，尤其以近两年来成长最為迅速可观。2010 年碲化鎘太陽能电池總產值已達 2,308 兆瓦，預期在 2012 年总产能可持续往上升至 2,820 兆瓦。而整体的太阳能模组效率与总产能也随着科技的进步，有日渐提高的趋势，First solar 公司 2011 年平均太陽能电池模組效率可達 11.3%。另外太陽能电池市場最關心的成本問題，First solar 从 2004 年的 $2.94 美元/瓦 ( >1美元/瓦 )，到 2011 年太陽能电池成本已逐步降至 $0.75 美元/瓦。太陽能电池之生產成本也隨著製程科技進步及模組效率提升，有持續降低的趨勢，預計於 2014 年太陽能电池生產成本可以降低至 $0.52~0.63 美元/瓦。日本薄膜太阳能厂商 Solar Frontier 公司於 2007 年第一阶段总产能约為2千万瓦，2009 年第二阶段再加上 6 千万瓦，但是到了 2011 年第三階段發展薄膜太陽能电池模組總產能已可突破1兆瓦，往後將有機會創造更大的產能。隨著生活能源的需求量增加，石油短缺問題日益浮現，替代能源之一的太陽能產業將扮演新能源 ( 低成本、無汙染 ) 的重要角色。

　　面對未來越來越大的產能，2050 年全世界電力需求預計將達到 27 千兆瓦，含有昂貴的銦及地球存量少的碲元素之铜銦鎵硒及碲化鎘太陽能电池將面臨嚴重的材料短缺與價格太高的挑戰。因此開發低材料成本及使用地球存量豐富的元素為材料的太陽能电池將是不容緩的問題。幾種薄膜太陽能电池常用元素中，以硫、鋅、铜及錫元素在地球的含量較多，而銦、硒及碲的價格較高。雖然目前铜銦鎵硒薄膜太陽能电池最高效率可達 20.3%，是各種薄膜太陽能电池中效率最高者，但是為了因應未來千兆瓦的產能需求及降低太陽能电池生產成本，許多研究單位開始著手開發替代稀有金屬銦及鎵之材料，因為銦元素是含量稀少之金屬，可以想像往後生產成本將隨著金屬含量日漸耗竭而造成生產成本逐年提高，而硫、鋅、铜及錫元素成本相對便宜，因此含铜鋅錫硫 ( CZTS ) 太陽能电池是一個值得研究的課題。藉由金屬元素鋅、錫來取代稀有金屬元素銦，铜鋅錫硫太陽能电池的優點是材料地球蘊藏量豐富且價格便宜，很高的吸收係數 ( 約 104 cm^-1 )，能隙 1.5eV 為接近最大轉換效率的能隙位置。目前铜鋅錫硫硒 ( CZTSS ) 薄膜太陽能电池最高效率是由 IBM 公司製作出高達 10.1% 之效率 ( 0.45cm² )，藉由不同硫元素之比例對硒元素的參雜比例不同，其能隙為 1.15eV，其效率遠高於真空製程，铜鋅錫硫太陽能电池自 1996 年从 0.66% 的轉換效率到 2011 年 8.4% 的轉換效率，而铜鋅錫硫硒太陽能电池轉換效率 2011 年已達 10.1%，5x5cm² 的模組效率也達到 7.2%，因使用的無毒元素在地球存量豐富且材料價格低廉，加上目前轉換效率已達 10.1%，未來前景可期。

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