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2-1 太陽能電池材料

太陽能電池又稱為「太陽能晶片」或光電池，為一種將太陽光能轉成電能的裝置，如圖
2-1 所示。然而依照光電效應，當光線照射在導體或半導體上，光子與導體或半導體中的電
子會作用，會造成電子的流動，然而光的波長越短，電子流動的頻率越高，電子所具有的能
量也就越高，例如紫外線所具有的能量便高於紅外線，因此，同一材料被紫外線照射產生的
流動電子能量將較高。並非所有波長的光都能轉化為電能，只有頻率超越可產生光電效應的
值時，電流才能產生。在常見的半導體太陽能電池中，透過適當的能階設計，便可有效的吸
收太陽所發出的光，並產生電壓與電流。這種現象又被稱為太陽能光伏。如圖 2-2 所示。

圖 2-1 太陽能晶片 圖 2-2 太陽能光伏

太陽能發電是一種可再生的環保發電方式，其發電過程中不會產生二氧化碳等溫室氣
體，因此不會對環境造成污染。按照製作材料分為矽基半導體電池、CdTe 薄膜電池、CIGS 薄
膜電池、染料敏化薄膜電池、有機材料電池等。其中矽電池又分為單晶電池、多晶電池和無
定形矽薄膜電池等。對於太陽能電池來說最重要的參數是轉換效率，目前在實驗室所研發的
矽基太陽能電池中，單晶矽電池效率為 25.0%，多晶矽電池效率為 20.4%，CIGS 薄膜電池效
率達 19.8%，CdTe 薄膜電池效率達 19.6 %，非晶矽（無定形矽）薄膜電池的效率為 10.1%，
如表一所示。

表 1 太陽能材料轉換效應一覽表

製作材料 轉換效率 %

1 單晶矽電池 25.0%

2 多晶矽電池 20.4%

3 CIGS 薄膜電池 19.8%

4 CdTe 薄膜電池 19.6%

5 非晶矽（無定形矽）薄膜電池 10.1%

目前太陽能電池的種類相當多，依照材料區分，可分成有機類與非有機類。非有機類又
可分成矽基類和非矽基類(又稱化合物類)。矽基類是歷史最久、應用範圍最廣的太陽能電池，
可分成單晶矽、多晶矽與非晶矽等三種。單晶矽與多晶矽是將矽的結晶鑄塊切成薄片，然後
製成半導體元件並進行鋪設，非晶矽則是在玻璃基板上真空蒸鍍非晶矽，形成薄薄的矽層來
製造的薄膜型太陽能電池。

非矽基類結構上分成薄模型與多結型兩種。CIS 與 CIGS 是目前常見的化合物薄膜太陽能
電池，這兩種材料的吸光範圍很廣，且穩定性佳，標準轉換效率足以媲美單晶矽太陽能電池，
此外，可使用軟性基板製成可撓式薄膜電池，是最有發展潛力的薄膜太陽能電池之一；CdTe
在薄膜製程上較 CIS 或 CIGS 容易，目前已有商業化產品，然而，材料中的鎘乃在各國管制的

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