多晶及單晶太陽能電池製程簡介

多晶及單晶太陽能電池製程簡介 四技科管一甲報告人:鄭宇雯 49654003 張貴閔 49654006 徐穎貞 49654015 郭美秀 49654018 林惠雯 49654091

報告大綱 • 一. 太陽能電池簡介 • 二.昱晶能源科技股份有限公司簡介三.各式太陽能電池生產方式介紹 • 四.太陽能電池未來發展及展望 • 五.參考資料網址

一.太陽能電池簡介

1.什麼是太陽能電池? • 太陽能電池是一種利用太陽光直接發電的光電半導體薄片，它只要一照到光，瞬間就可輸出電壓及電流。而此種太陽能光電池(Solar Cell)簡稱為太陽能電池，或太陽電池(在台灣的早期翻譯書籍上直接引用日文中的漢字,其實不是battery而是cell)，又可稱為太陽能晶片。在中國大陸稱為硅晶片，因為中文"硅"是矽的古字，矽為現代譯音字。在物理學上稱為光生伏打(Photovoltaic)，簡稱PV(photo=light光線，voltaics=electricity電力)。

2.太陽能電池的特色 • 太陽電池發電是一種可再生的綠色發電方式，發電過程中不會產生二氧化碳等有害氣體，不會對環境造成污染。在這所謂的電池（Cell）並不同於我們想像的 “蓄電池”（Battery）因為它的結構只有薄薄的一片 “矽晶片”(約0.3mm),比一張名片還要薄,也可說是一片超薄的玻璃片似的，而對於太陽電池來說最重要的參數是轉換效率。

3.各式太陽能電池種類 • 太陽電池(Solar Cell)的材料種類非常的多，簡單的說，凡光照後，而產生電能的，就是太陽電池尋找的材料。主要是透過不同的製程和方法，測試對光的反應和吸收，做到能隙結合寬廣，讓短波長或長波長都可以全盤吸收的革命性突破，來降低材料的成本。 • (A)單晶矽太陽電池發電力與電壓範圍廣，轉換效率高，使用年限長(一般保證可達20-25年)，製作成本較高 , 及製作時間冗長1. 高效率大面積之PERL結構2. 增加可利用的光波長範圍的新結構3. 提昇安定性。 • (B)多晶矽太陽電池 • 製程步驟較簡單，不須使用CZ法或FZ法成長的單晶圓，故成本較單晶矽太陽電池低約便宜20%，可用於陸上電力等應用。效率較單晶矽低，1. 新材料的製造2. 大面積、高效率、安定性提昇3. 新結構 • (C) 非晶矽電池 • 為目前成本最低的商業化太陽能電池，且無需封裝, 生產也最快，產品種類多，使用廣汎，多用於消費性電子產品，且新的應用產品不斷在開發中。 a-Si戶外設置後輸出功率減少15~20%的光劣化現象 1. 改善光劣化(安定性)2. 低成本化3. 採用tandem cell結構、薄層化層4. 透明a-Si太陽電池。

4. 太陽能電池構造與發電原理 • 太陽電池是一種可以將能量轉換的光電元件，其基本構造是運用P型與N型半導體接合而成的。半導體最基本的材料是「矽」，它是不導電的，但如果在半導體中摻入不同的雜質，就可以做成P型與N型半導體，再利用P型半導體有個電洞，與N型半導體多了一個自由電子的電位差來產生電流，所以當太陽光照射時，光能將矽原子中的電子激發出來，而產生電子和電洞的對流，這些電子和電洞均會受到內建電位的影響，分別被N型及P型半導體吸引，而聚集在兩端。此時外部如果用電極連接起來，形成一個迴路，這就是太陽電池發電的原理。簡單的說，太陽光電的發電原理，是利用太陽電池吸收0.4μm～1.1μm波長(針對矽晶)的太陽光，將光能直接轉變成電能輸出的一種發電方式。由於太陽電池產生的電是直流電，因此若需提供電力給家電用品或各式電器則需加裝直/交流轉換器，換成交流電，才能供電至家庭用電或工業用電。

5.太陽能電池的應用 • 有太陽能屋. 太陽能燈. 太陽能電廠. 太陽能發電廠. 太陽能飛機...等 ←現在的太陽光電板可以配合造型做　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　變化，在德國，一艘以太陽電池作為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　遮陽板的遊艇，不但造型流線美觀也環　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　保。　　　　　

二.昱晶能源科技股份有限公司 簡介

本公司成立於2005年，以發展環保能源為志業，全力投入太陽能電池之研發與生產，矢志成為台灣最專業的太陽能電池領導品牌，並躋身全球前三大太陽能電池製造廠商，促使太陽能成為全球供電主流。本公司成立於2005年，以發展環保能源為志業，全力投入太陽能電池之研發與生產，矢志成為台灣最專業的太陽能電池領導品牌，並躋身全球前三大太陽能電池製造廠商，促使太陽能成為全球供電主流。 • 本公司於2008年2月獲頒「台灣優良品牌獎」，未來將繼續以七大經營策略穩健成長

七大經營策略： • (ㄧ)最新技術的設備　我們引進世界最先進的自動化設備，使生產設備的水準與國際一級大廠並駕齊驅，甚至超越其表現，以達到最高的生產效率與最佳的產出品質。 • (二)最高的良率與轉換效率　我們擁有最優秀的研發團隊，致力於原料及成品之研發與製程改善，提昇良率與轉換效率至最高水準，提供高效能產品。 • (三)最低的生產成本　我們在生產成本上不斷力求改進，使人力、物力、財力發揮最大效用，在物價波動的環境下，有效降低生產成本。

(四)最大的生產規模 　順應太陽光電市場的快速成長，我們掌握原料供應，逐年擴充產能，達成最大生產規模，發揮規模效益，普及太陽光電能源之全世界運用。 • (五)最佳的技術研發團隊　我們利用台灣半導體完整的產業鏈，延攬資深、優秀的研發人員，並結合太陽光電、電子業的菁英，在技術上持續超越自我；同時，與國外太陽能技術機構、工研院等密切交流，網羅國外技術顧問，厚植技術實力。 • (六)最強的供應鏈整合　我們與上游原料與晶片廠商、下游模組廠商及系統通路商建立策略聯盟，垂直整合起太陽能產業鏈體系，提升產業競爭力，共創雙贏。 • (七)最好的服務　我們不僅能提供客戶高品質的產品，滿足客戶對產品應用和可靠度之客製化的需求，更擅長以完善、有效率的行銷及服務，創造附加價值，行銷全世界，獲得全球客戶一致的推崇與讚譽。

三.各式太陽能電池生產方式介紹

(A)單晶太陽能電池 • 拉晶：主原料為二氧化矽，經純化後(目前全球僅有少數純化原料廠，供不應求)，再用拉晶爐成長成晶柱。修角：早期製造太陽能電池的晶柱因無修角，直接將圓晶柱切片，所以成品為圓形晶片，現在大多先將晶柱修角成近似四方柱形。切片：用切片機將修成近似四方柱形的晶柱，一片片的切成薄片(像切方形火腿片)，一般切到約0.4~0.5mm的厚度。 • 刻蝕:化學刻蝕及拋光成為0.3mm的薄片(wafer)。 • 清洗：用純水將薄片洗淨。 • 擴散及銀漿印刷：經由擴散爐處理後，製成N型上層及P型下層，再將晶片表面及背面分別用銀漿印刷成輸出電路，一般表面為負極，背面為正極，經由摹擬陽光儀作功率檢測及品管分級後，即為商業成品。 • 蒸鍍：如將表面及背面不經過絲網印刷，而改採光刻及坩鍋蒸鍍式製造抗反射層與表面的輸出導線，再加上其他特殊技術，如此可提高太陽能電池的轉換效率。但坩鍋的容納有限生產量較少，蒸鍍耗時生產速度較慢，其成本及售價將提高許多；太空式單晶片即採用此法。(製造常規商業級的薄片電阻約0.5 ~3歐姆，有些太空式的薄片電阻需低於0.01歐姆以下---馬丁格林電池E~24%，澳洲)

(B)非晶系矽太陽能電池 • 此類型光電池是發展最完整的薄膜式太陽能電池。其結構通常為p-i-n（或n-i-p）偶及型式，p層跟n層主要座為建立內部電場，I層則由非晶系矽構成。由於非晶系矽具有高的光吸收能力，因此I層厚度通常只有0.2 ~ 0.5μm。其吸光頻率範圍約1.1 ~ 1.7eV，不同於晶圓矽的1.1eV，非晶性物質不同於結晶性物質，結構均一度低，因此電子與電洞在材料內部傳導，如距離過長，兩者重合機率極高，為必免此現象發生，I層不宜過厚，但如太薄，又易造成吸光不足。為克服此困境，此類型光電池長採多層結構堆疊方式設計，以兼顧吸光與光電效率。 • 製造方式是以電漿強化化學蒸鍍法（PECVD）製造矽薄膜。基材可以使用大面積具彈性而便宜材質，比如不銹鋼、塑膠材料等。其製程採取roll-to-roll的方式，但因蒸鍍速度緩慢，以及高品質導電玻璃層價格高，以至其總製造成本僅略低於晶型太陽能電池。至於多層式堆疊型式，雖可提升電池效率，但同時也提高了電池成本。綜合言之，在價格上不太具競爭優勢的前提下，此類型光電池年產量再過去三年仍呈現快速成長，2003年相較於2002年成長了113﹪，預期此趨勢將持續下去。

(C)鎘碲薄膜太陽能電池 • 此類型薄膜光電池在薄膜式光電池中歷史最久，也是被密集探討的一種之一。再1982年時Kodak首先做出光電效率超過10﹪的此類型光電池，目前實驗室達成最高的光電效率是16.5﹪，由美國NREL實驗室完成，其作法是將已建立多年的電池構造，在進一步增量修改，並改變部分材質。 • 典型的CdTe光電池結構的主體是由約2μm層的P-type CdTe層與後僅0.1μm的n-type CdS形成，光子吸收層主要發生於CdTe層，西光效率細數大於105㎝-1，因此僅數微米厚及可吸收大於90﹪的光子。CdS層的上沿先接合TCO，再連接基材，CdTe上沿則接合背板，以形成一個光電池架構。目前已知為製備高光電效率CdTe光電池，不論電池結構如何，均需要使用氯化鎘活化半導體層，方法上可採濕式或乾式蒸氣法。乾式法較為工業界所採用。 • 參考資料:www.ctci.org.tw/public/Attachment/562714495371.doc

四.太陽能電池未來發展及展望

發展: • 自 1960 年代開始，美國發射的人造衛星就已經利用太陽能電池做為能量的來源。到了 70 年代能源危機時，人們開始把太陽能電池的應用轉移到一般的民生用途上。目前，在美國、日本和以色列等國家，已經大量使用太陽能裝置，更朝商業化的目標前進。在這些國家中，美國於 1983 年在加州建立世界上最大的太陽能電廠，它的發電量可以高達 16 百萬瓦特。南非、波札那、納米比亞和非洲南部的其他國家也設立專案，鼓勵偏遠的鄉村地區安裝低成本的太陽能電池發電系統。而推行太陽能發電最積極的國家首推日本。1994 年日本實施補助獎勵辦法，推廣每戶 3,000 瓦特的「市電併聯型太陽光電能系統」。在第一年，政府補助 49％的經費，以後的補助再逐年遞減。「市電併聯型太陽光電能系統」是在日照充足的時候，由太陽能電池提供電能給自家的負載用，若有多餘的電力則另行儲存。當發電量不足或者不發電的時候，所需要的電力再由電力公司提供。到了 1996 年，日本有 2,600 戶裝置太陽能發電系統，裝設總容量已經有 8 百萬瓦特。一年後，已經有 9,400 戶裝置，裝設的總容量也達到了 32 百萬瓦特。近年來由於環保意識的高漲和政府補助金的制度，預估日本住家用太陽能電池的需求量，也會急速增加。在產業方面，1999 年日本太陽能電池總產量是 86 百萬瓦特，到了 2000 年已經增加到 120 百萬瓦特，產量連續兩年位居世界第一。最近，日本許多太陽能電池廠商，例如夏普公司、三菱重工，更紛紛擴建生產工廠。在美國方面，前總統柯林頓先生所提出的「Million Roofs Solar Power」方案，打算在 2010 年以前，建設完成 100 萬戶太陽能發電系統。除了日本和美國之外，德國也從 1990 年起，開始實施千屋計畫，每戶太陽能發電的裝置容量在 1 ~ 5 千瓦特之間，政府補助 70％的經費。到了 1995 年，已經有 2,250 戶裝設太陽能系統，總裝置容量也達到 5.6 百萬瓦特。此外，荷蘭政府也預計在 2020 年，太陽能系統的總裝置容量可以達到 1,450 百萬瓦特。至於其他各國，例如瑞士、挪威及澳洲等國，也都推行每年數千戶的太陽能電池安裝計畫。

在臺灣方面，目前生產太陽能電池的主要廠商有光華、茂迪和士林電機等公司。光華開發科技公司從 1988 年，就以生產非晶矽太陽能電池為主，主要應用在消耗性電子產品上，像手表、計算機等。在 1999 年，茂迪公司開始在臺南科學工業園區設廠，以生產單晶矽和多晶矽的太陽能電池為主。士林電機也曾經派研發團隊到美國接受訓練，學習衛星所使用的太陽能電池板的製造和封裝技術，同時在 1999 年成功發射中華衛星一號後，更進一步投入民生用途的太陽能電池研發。此外，工業技術研究院材料所也成功地開發出太陽能電池的製造與封裝技術，並把技術轉移給茂迪公司及士林電機公司，以推廣國內的太陽能發電事業。近年來，國內廠商對太陽能電池事業的投資也逐漸感到興趣，主要原因除了國際市場的供不應求外，另一因素則是政府從 1999 年起，開始大力推展太陽能電池發電，並且著手推動各項獎勵措施，因此投入這一個事業的業者也明顯增加。目前，國內在推行太陽能發電的工作上還有一些難題，最主要的原因是若比較一般的市電和太陽能發電的申請手續，申請市電顯然方便很多，而且太陽能發電的設置必須先投入一筆資金。基於經濟方面的考量，對一般民眾來說確實比較難以接受。即使如此，換一個角度來看，臺灣具有日照量充足、半導體和電力電子產業發展健全和政府極力推廣等優厚條件，再加上可能的能源危機，以及環保意識普及等，太陽能發電事業在臺灣確實具有非常大的發展空間。相信只要能夠大幅降低製造成本，便可以迎頭趕上其他國家，並占有一席之地。

展望: • 夜間不能發電是太陽能電池的一大缺點，但是針對這一個缺點有兩種方式可以克服。第一種方式是把白天的太陽光能轉成其他的能量形式加以儲存，例如蓄電池、飛輪裝置、抽蓄發電廠等，到黑夜的時候再把儲存的能量釋放出來。另外一種方式是美國和日本兩國正在進行的「衛星太陽能發電廠」計畫（Satellite Solar Power Station, SPSS），這一個計畫的工作項目就是在太空中找到一個能夠不斷接受太陽光的地方，例如在赤道附近上空，發射具有太陽能電池或熱能發電系統的衛星，利用人造衛星在太空中吸收太陽能來發電。由於免除了晝夜、溫差及氣候等因素影響，人造衛星可以連續不停且穩定地接收太陽能，再把它轉換為電能，然後以微波的方式傳回地球，經過地球微波接收站接收後，再轉換回來成為電能，輸送到各個地方。在目前，由於科學家們不斷的研究，再加上半導體產業技術的進步，太陽能電池的效率也逐漸增加，而且發電系統的單位成本也正逐年下降。因此，隨著太陽能電池效率的增加、成本的降低以及環保意識的高漲，太陽能電池的使用也會愈來愈普遍。現在，太陽能電池已經被廣泛運用在日常生活中，例如手表、計算機、汽車、飛機等，可見它有很大的發展潛力，相信未來太陽能電池可以在能源的運用上扮演重要的角色。

五.參考資料網址

http://www.nsc.gov.tw/_newfiles/popular_science.asp?add_year=2005&popsc_aid=68 (科普知識) • http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%AA%E9%98%B3%E8%83%BD%E7%94%B5%E6%B1%A0#.E6.87.89.E7.94.A8.E5.B8.82.E5.A0.B4.E7.9A.84.E7.99.BC.E5.B1.95 • (維基百科) • (YAHOO知識)

多晶及單晶太陽能電池 製程簡介