複合材料與薄膜為主要創新方向

一組功能良好的太陽能電池，需要許多方面的研發創新與努力，才能夠不斷地發展出更平易近人且工作效率更佳的發電模組。其中，最大的瓶頸就在於光電轉換效率部分，而隨著不同材質與技術的研發，不同材料的太陽能電池也逐漸形成了不同應用範圍與技術上的差異。

除了核心的電池模組之外，封裝技術、電傳導技術甚至是儲電技術等，也都影響了太陽能電池模組的整體發展。就目前研發的方向而言，重心還是放在如何提高發電效率及增加太陽能面板壽命，其次則是減少過程中的能耗並降低生產成本；甚至，如何降低整體重量或體積，讓運輸與安裝更加便利，也是太陽能電池廠商的研發方向。

目前太陽能電池市場的主流還是矽晶為主的產品，不但技術發展成熟，同時整體發電量與穩定性皆有一定水準，在量產化之後成本也是足以負擔的；而薄膜式電池在這些年來的不斷致力發展之下，儼然成為後起之秀，成為矽晶類太陽能電池的接班人。

薄膜式太陽能電池逐漸浮出市場

最主要的原因就是在不斷的開發下造成矽材料短缺，薄膜式太陽能電池則是利用化學氣相沈積法製作，因此不會有材料短缺的問題，同時能源回收期較短，整體發電量也較矽晶類太陽能電池為高。可彎曲及摺疊也是薄膜式太陽能電池最引人注目的特性，在現今不斷推廣綠能建築的大環境下，採用薄膜式太陽能電池可以巧妙地與建築結合，形成外型獨特且不破壞既有美感的太陽能設備。

而不管太陽能電池所使用的材質為何，最主要的方向都是盡力提高光電轉換效率，其次則是降低成本，以讓售價達到市場可接受的價位。矽晶的基本製成可分為：表面結構化製程、p-n 接面形成、抗反射層沈積與電極形成等四個階段，因此，要提高矽晶太陽能電池的光電轉換效率就需要從這四個階段著手。

今年台灣大學便開發出以單層二硫化鉬(MoS2)材料製成的太陽能電池，是利用單層二硫化鉬結合P-Type單晶矽的異質堆疊構造，引導出一內建之電場，協助光載子分離進而提高太陽能電池效率。根據實驗所得之結果，光電轉換效率可達5.23%，也是目前單層二維材料太陽能電池的最高記錄。而研究者們更表示，此類技術未來也能整合到其他矽基材的電子元件，前景相當看好。

薄膜太陽能電池在近年來的發展較為明顯，核能研究所便成功研發出異質接面薄膜磊晶矽太陽能電池，是將異質接面結構應用至磊晶矽薄膜太陽電池。不同於傳統矽晶太陽電池製程，本元件的a-Si(n)/a-Si(i)/epi-Si(p)/UMG-Si(p)異質接面結構製程是200℃以下環境進行，不但能縮短元件製程時間外，亦具有低熱預算製程等優點。

另外中山科學研究院則是著手研究利用嵌入式奈米晶矽所產生的量子效應，促使薄膜太陽能電池發揮出高效率的技術。就目前的研究報告中指出，當將奈米晶矽嵌入至p型非晶矽材料中時，藉由奈米晶矽特有的量子侷限效應，可將p型非晶矽材料能隙從1.7 eV提高到2 eV，並形成異質接面薄膜太陽能電池結構，提升電池開路電壓並使得轉換效率提高。而此研究成果也可以應用到其他技術中，不但可以提高電池效率，同時也可以減少光衰化帶來的影響。

而霍尼韋爾公司則是發展出一款專為降低太陽能電池元件運作溫度，並提高光電轉換效率而設計的背板。該產品運用反射太陽輻射技術，有效降低太陽能電池元件的運作溫度，讓元件以較低溫度運作而能更有效率地轉換太陽能，並輸出更多電力。

有機太陽能電池的發展

在有機太陽能電池方面，則希望儘量利用數量較多且單價較低廉的元素構成新一代的太陽能電池。位於中國大陸的「介觀光學與飛秒光物理」創新研究群所開發的鈣鈦礦太陽能電池方面，則有較為領先的進展。

他們利用有機陽離子、二價金屬離子及鹵素離子等構成新的晶格結構，無機單元形成互連結構以提供載流子傳輸，使得該類材料具有較高的電荷傳輸能力；並透過有機單元穩定結構，並改進材料溶解性，使得材料可透過溶液加工成薄膜。此新技術具有成本低、吸收光譜寬、吸收係數高、製作技術簡單等優勢。

此外，為了提高鈣鈦礦太陽能電池的穩定性，同時也開發了新型的疏水性空洞傳輸材料，使得此類電池的元件穩定性大幅提升，也讓太陽能電池有更新的進展。

其他太陽能技術發展

除了太陽能電池的發電技術本身的提升之外，降低太陽能模組發電時的能耗與材料使用率也是許多企業極力研發的重點。以GT Advanced Technologies於SNEC 2014中展出之創新的電池金屬化及互連技術來說，就是能夠大幅節省生產及安裝太陽能模組的成本。此新技術主要元件包含能夠代替三條銀製匯流排線的靈活柵極。此創新特性預估可以大幅減少昂貴的銀漿使用量，同時提升整體太陽能面板的效率，同時依此技術生產的模組將會更可靠且更難用，也會更輕更易於處理，亦可降低運輸及安裝成本。

太陽能電池往往容易因為各種環境因素而縮短，因此也有不少廠商著手在於強化太陽能電池之壽命，藉此提高可用性並降低成本。日本日清紡織公司便於今年6月宣布，已經開發出一款新型薄膜，能使太陽能電池面板在實驗中的「保質期」提高約50%的時間，進而可延長太陽能電池面板的使用壽命。此新產品是利用一款特殊的橡膠，開發出密封性極高的太陽能電池面板保護膜，即使在高溫與高濕度的環境中也不易產生品質退化。

雖然只要日照充足的區域就是太陽能發電的適用區，但是許多太陽能發電產品都無法有效利用當地的各項環境，反而容易因為各種不利因素導致損壞。回顧過去數年與太陽能電池有關的材料發展，有極大部分都著重於光電轉換效率上，但目前矽晶類電池已經逐漸達到技術瓶頸，而有機型或奈米型電池則還無法有效量產，也促使其他廠商從不同面向提高整體發電效率。

例如改善電流傳遞時的能耗、延長太陽能電池面板的壽命、降低重量與體積以利運輸及安裝等，都是能夠促使太陽能光電產業不斷發展的技術與關鍵。而台灣在此關鍵環節中，也有多家研究機構與企業佔有一席之地，在能源逐漸短缺的未來，其中的商機無限。