現階段太陽光電產業，80-90%主流產品為「結晶矽太陽電池」。依據製程及成本結構可將供應鏈區分為多晶矽材(Polysilicon Material)、矽晶片(Wafer)、太陽電池(Solar Cell)、太陽電池模組(PV Module)與太陽光電系統(PV System)等五大項次產業。
圖：太陽電池模組發展藍圖
有鑑於太陽光電產業之發展，上下游供應鏈關係密切，故本文將依序簡述各項次產業之製程與短期內技術發展趨勢，以便讀者能全面性、概括性的瞭解，短期內太陽光電產業之技術發展趨勢。
一、矽原料技術發展
多晶矽材從二氧化矽(Silica)二度提純後的產品，首先，將二氧化矽置於高溫電弧爐進行還原，成為98%純度之冶金級矽材(mg-Si)，而後透過Trichloro Silane或Mono Silane的方式，精鍊成為多晶矽，成為高純度之多晶矽材。
多晶矽材透過CZ、FZ法成為單晶碇，而CZ 法為普遍的一種方式。其中，CZ 法是目前較普遍被使用的方法，與半導體產業使用一樣，FZ方法利用驅融的方式，產生較高純度且低含氧、成本較高的晶體，價錢也較貴，一般因太陽電池用的矽晶圓品質要求較低，而較少使用。
多晶矽材的使用上，以半導體產業需求量為多，然自2004後半年，隨著太陽光電的急速發展，及半導體景氣回升，導致原料供應不敷需求。然就太陽光電產業而言，普遍被使用之結晶矽太陽電池則包含多晶、單晶太陽電池，由於單晶矽純度較高，製造成本較高，相對作為太陽矽晶體電池所能轉換太陽光能之效率亦較多晶矽高。2004年由於太陽光電產業發展剛起步，因此相較於半導體產業對於晶圓片之需求較小，加上成本考量，太陽光電所用之晶圓片多由半導體產業之廢次晶圓和頭尾料再處理所產生。
其中，太陽電池所用的基板-矽晶片(Silicon Wafer)規格的要求是強調低成本，在矽原料取得及規格上與半導體矽晶圓所用矽原料，相對可接受較低的純度。於製程角度觀之，以西門子製程所產出之半導體的多晶矽材，成本約為25-30 US$/kg，太陽能級多晶矽材則為20-25 US$/kg。
隨著多晶矽材缺料情形日趨嚴重，太陽電池用的多晶矽來源，部分來自半導體矽晶圓製程時所去除的規格外品及頭尾料。包括：純化過程的不合格品及矽晶拉成後所切下的頭尾料，利用這些規格外品及廢料再重融結晶，得到太陽電池所用的矽晶錠(Silicon Ingot)。然而，由於矽原料仰賴半導體產業供應不合格品(Off-Spec)，貨源不穩定，且數量也有限，限制產業成長。
因此，為了降低多晶矽材製造成本，提升產量，多晶矽材技術的發展上，由冶金開始，可選擇直接提煉成為太陽光電級可使用的矽材，稱其為SOG，成為太陽光電級所需之矽晶圓；另外，有部分來源，可由半導體矽晶圓製程中所產生的廢料，進一步投入於太陽光電產業來使用。
1999年日本由川崎製鐵等七家廠商聯合組成(SOG)技術發展協會，直接由冶金矽精製純化，發展Solar-Grade Silicon，另外GE Solar也和Elkem策略聯盟開發低成本的Solar-Grade Silicon，成本為現有產品的60-70%。
隨著技術的發展趨勢，2005年已有小幅產量出現，由PV Silicon資料顯示，針對太陽光電所研發之多晶矽材(Solar-Grade Silicon)，產量由2005 年起，預期將有顯著提升的趨勢。預期至2010年，半導體產業供應不合格品(Off-Spec)仍維持穩定的比例，而Solar GradeSilicon儼然成為太陽光電主要矽材來源之一。
二、矽晶片技術發展
隨著晶體結構的差異，矽晶片可分為「單晶矽矽片」與「多晶矽矽片」兩類，矽晶片之製造過程如圖5所示。
矽原料熔融後再利用矽晶種拉晶方式製作成單晶矽晶錠，經切割後就成為「單晶」(Mono-Crystalline)矽晶片。而「多晶」(Multi-Crystalline)矽晶片，則為矽原料熔融後緩慢冷卻凝固製作成多晶矽晶錠，經切割後形成。簡而言之，單晶棒以提拉方式成形，而多晶碇則以較低溫之鑄凝成形。
然隨著矽晶片製造過程中，會有部分材料經由損耗而被浪費。由圖六可知，以多晶矽片製造過程中，晶碇切塊時，約略損失30%，切片時，又將耗損34%，而後，進入太陽電池製程後，則進一步耗損4%；因此，整個製程下來，矽材損耗總和為68%，比例相當驚人。其中，又以晶棒切割為矽晶圓製成損失最巨。有鑑於此，矽晶片的技術發展趨勢如下所述：
1. 良率提升
2. 降低線鋸損失
3. Wafer 變薄‧(300μm至150μm)
4. Slurry 用量減少，及提升再利用效率
5. 量產大尺寸晶片
6. 降低缺陷密度
7. 提高載子壽命
技術發展上，將朝向(1)矽晶片薄化、(2)減少矽材消耗損失、(3)回收再利用技術，及(4)低製造成本、高效率技術。為減少矽材消耗的損失，製程技術上則發展出SR(String Ribbon)、EFG(Edge defined Film-fed Growth)，及Ribbon-Growth-on-Substrate Silicon Wafer casting Technology (RGS)三種方式。
其中，由於切塊/切片耗損的比例很高，因此，RGS則運用Ribbon捲軸傳遞的方式，上方擺置鑄造框(Casting frame)，當矽材藉由傳輸捲軸通過，藉由Gassing 及Annealing，則會成為300μm的矽晶片，排除切塊與切片的程序，如此一來，矽材使用率則會提升至90%左右。
而圖八則為SR的製程。為了避免矽材耗損，其則運用設備(String Ribbon Production Furnaces)，使矽材於融化爐中成為液態，藉由Solid-Melt Interface介面，直接由熔融矽原料拉出帶狀的多晶矽晶片。而EFG則運用EFG Custom Equipment，將矽材製作成八方體空心型態，再切割成為一片片的矽晶片。
由Dertsche Solar AG公司的Dr. Armin Muller於2005年第一屆International Advanced PV Manufacturing Technology Conference中說明，影響太陽電池轉換效率之重要因子包含：雜質與矽晶體排列不齊一，所產生的「Crystal defects」(結晶缺陷)及「Impurities」，例如：氧含量、碳含量及少數載子的壽命等，都將會藉由影響晶棒的生長技術，進一步影響太陽電池轉換效率之高低。
總結上文所述，多晶矽材目前發展方向，主要提升其生產效益。現階段，有鑑於多晶矽材價格昂貴，矽晶片的製造技術發展上，則以強化多晶矽材的使用效率為主。
下篇，則將進一步簡述「太陽電池」、「太陽電池模組」與「太陽光電系統」之製程與技術發展趨勢。
圖：太陽電池模組發展藍圖
有鑑於太陽光電產業之發展，上下游供應鏈關係密切，故本文將依序簡述各項次產業之製程與短期內技術發展趨勢，以便讀者能全面性、概括性的瞭解，短期內太陽光電產業之技術發展趨勢。
一、矽原料技術發展
多晶矽材從二氧化矽(Silica)二度提純後的產品，首先，將二氧化矽置於高溫電弧爐進行還原，成為98%純度之冶金級矽材(mg-Si)，而後透過Trichloro Silane或Mono Silane的方式，精鍊成為多晶矽，成為高純度之多晶矽材。
多晶矽材透過CZ、FZ法成為單晶碇，而CZ 法為普遍的一種方式。其中，CZ 法是目前較普遍被使用的方法，與半導體產業使用一樣，FZ方法利用驅融的方式，產生較高純度且低含氧、成本較高的晶體，價錢也較貴，一般因太陽電池用的矽晶圓品質要求較低，而較少使用。
多晶矽材的使用上，以半導體產業需求量為多，然自2004後半年，隨著太陽光電的急速發展，及半導體景氣回升，導致原料供應不敷需求。然就太陽光電產業而言，普遍被使用之結晶矽太陽電池則包含多晶、單晶太陽電池，由於單晶矽純度較高，製造成本較高，相對作為太陽矽晶體電池所能轉換太陽光能之效率亦較多晶矽高。2004年由於太陽光電產業發展剛起步，因此相較於半導體產業對於晶圓片之需求較小，加上成本考量，太陽光電所用之晶圓片多由半導體產業之廢次晶圓和頭尾料再處理所產生。
其中，太陽電池所用的基板-矽晶片(Silicon Wafer)規格的要求是強調低成本，在矽原料取得及規格上與半導體矽晶圓所用矽原料，相對可接受較低的純度。於製程角度觀之，以西門子製程所產出之半導體的多晶矽材，成本約為25-30 US$/kg，太陽能級多晶矽材則為20-25 US$/kg。
隨著多晶矽材缺料情形日趨嚴重，太陽電池用的多晶矽來源，部分來自半導體矽晶圓製程時所去除的規格外品及頭尾料。包括：純化過程的不合格品及矽晶拉成後所切下的頭尾料，利用這些規格外品及廢料再重融結晶，得到太陽電池所用的矽晶錠(Silicon Ingot)。然而，由於矽原料仰賴半導體產業供應不合格品(Off-Spec)，貨源不穩定，且數量也有限，限制產業成長。
因此，為了降低多晶矽材製造成本，提升產量，多晶矽材技術的發展上，由冶金開始，可選擇直接提煉成為太陽光電級可使用的矽材，稱其為SOG，成為太陽光電級所需之矽晶圓；另外，有部分來源，可由半導體矽晶圓製程中所產生的廢料，進一步投入於太陽光電產業來使用。
1999年日本由川崎製鐵等七家廠商聯合組成(SOG)技術發展協會，直接由冶金矽精製純化，發展Solar-Grade Silicon，另外GE Solar也和Elkem策略聯盟開發低成本的Solar-Grade Silicon，成本為現有產品的60-70%。
隨著技術的發展趨勢，2005年已有小幅產量出現，由PV Silicon資料顯示，針對太陽光電所研發之多晶矽材(Solar-Grade Silicon)，產量由2005 年起，預期將有顯著提升的趨勢。預期至2010年，半導體產業供應不合格品(Off-Spec)仍維持穩定的比例，而Solar GradeSilicon儼然成為太陽光電主要矽材來源之一。
二、矽晶片技術發展
隨著晶體結構的差異，矽晶片可分為「單晶矽矽片」與「多晶矽矽片」兩類，矽晶片之製造過程如圖5所示。
矽原料熔融後再利用矽晶種拉晶方式製作成單晶矽晶錠，經切割後就成為「單晶」(Mono-Crystalline)矽晶片。而「多晶」(Multi-Crystalline)矽晶片，則為矽原料熔融後緩慢冷卻凝固製作成多晶矽晶錠，經切割後形成。簡而言之，單晶棒以提拉方式成形，而多晶碇則以較低溫之鑄凝成形。
然隨著矽晶片製造過程中，會有部分材料經由損耗而被浪費。由圖六可知，以多晶矽片製造過程中，晶碇切塊時，約略損失30%，切片時，又將耗損34%，而後，進入太陽電池製程後，則進一步耗損4%；因此，整個製程下來，矽材損耗總和為68%，比例相當驚人。其中，又以晶棒切割為矽晶圓製成損失最巨。有鑑於此，矽晶片的技術發展趨勢如下所述：
1. 良率提升
2. 降低線鋸損失
3. Wafer 變薄‧(300μm至150μm)
4. Slurry 用量減少，及提升再利用效率
5. 量產大尺寸晶片
6. 降低缺陷密度
7. 提高載子壽命
技術發展上，將朝向(1)矽晶片薄化、(2)減少矽材消耗損失、(3)回收再利用技術，及(4)低製造成本、高效率技術。為減少矽材消耗的損失，製程技術上則發展出SR(String Ribbon)、EFG(Edge defined Film-fed Growth)，及Ribbon-Growth-on-Substrate Silicon Wafer casting Technology (RGS)三種方式。
其中，由於切塊/切片耗損的比例很高，因此，RGS則運用Ribbon捲軸傳遞的方式，上方擺置鑄造框(Casting frame)，當矽材藉由傳輸捲軸通過，藉由Gassing 及Annealing，則會成為300μm的矽晶片，排除切塊與切片的程序，如此一來，矽材使用率則會提升至90%左右。
而圖八則為SR的製程。為了避免矽材耗損，其則運用設備(String Ribbon Production Furnaces)，使矽材於融化爐中成為液態，藉由Solid-Melt Interface介面，直接由熔融矽原料拉出帶狀的多晶矽晶片。而EFG則運用EFG Custom Equipment，將矽材製作成八方體空心型態，再切割成為一片片的矽晶片。
由Dertsche Solar AG公司的Dr. Armin Muller於2005年第一屆International Advanced PV Manufacturing Technology Conference中說明，影響太陽電池轉換效率之重要因子包含：雜質與矽晶體排列不齊一，所產生的「Crystal defects」(結晶缺陷)及「Impurities」，例如：氧含量、碳含量及少數載子的壽命等，都將會藉由影響晶棒的生長技術，進一步影響太陽電池轉換效率之高低。
總結上文所述，多晶矽材目前發展方向，主要提升其生產效益。現階段，有鑑於多晶矽材價格昂貴，矽晶片的製造技術發展上，則以強化多晶矽材的使用效率為主。
下篇，則將進一步簡述「太陽電池」、「太陽電池模組」與「太陽光電系統」之製程與技術發展趨勢。
