接續上篇對於太陽電池所需之上游矽材、矽晶片製程與技術發展趨勢說明後，後續則淺述「太陽電池」之製程與短期內之技術發展趨勢。
太陽電池的種類
太陽電池的種類，乃藉由不同材料、基板型態與元件之交叉搭配而成，如圖1所示。
圖1：太陽電池種類的形成
資料來源：工研院IEK
而大部分歸類上，多以不同材料區隔，如圖二所示，多數太陽電池主要原料為矽(Silicon，Si)，其中又以單晶矽(Monocrystalline)、多晶矽(Multicrystalline)及非晶矽(Amorphous)為最多。
單晶矽及多晶矽基本上是以矽晶圓為基礎製作p-n型的太陽電池，屬於結晶矽太陽電池，由於材料缺陷較少，光電能轉換效率較高，但成本也相對的較高；然就其轉換效率而論，結晶矽太陽電池商業化平均轉換效率達16%，而實驗室之轉換效率則接近25%，簡而言之，就目前太陽電池商業化技術發展，當太陽光被太陽電池所吸收，僅有約16%轉化成為電能，另外的84%則成為毫無用處的熱能。
與結晶矽太陽電池不同的元件，則為薄膜型太陽電池。薄膜型太陽電池相較於結晶矽太陽電池，其僅需要一層極薄的光電材料，因此其所使用材料量也相對較低；另外，薄膜的基板可使用軟性或硬性的基材，可選擇的應用彈性高，雖說目前製作成本仍高於結晶矽太陽電池約30-40%，不過，矽材短缺議題，卻促進其技術發展的速度，未來待技術發展成熟，應用的領域則將更為寬廣。
於薄膜的元件之上，依其使用的材料不同，而有不同種類的太陽電池。其材料包含：非晶矽(Amorphous Cells)、銅銦鎵二硒(Copper Indium Gallium Diselenide Solar Cells, CIGS)、鎘碲薄膜(Cadmium Telluride Thin Film Photovoltaics, CdTe)、矽薄膜(Thin Film Silicon Solar Cells)、染料敏化(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSC)等...太陽電池。
其中，非晶矽太陽電池，其於便宜的基板上(如玻璃、不銹鋼等)沈積一層厚度小於1μm的非晶矽p-i-n型太陽電池。由於非晶矽具有較廣的光譜吸收能力，在i層只需要0.2~0.5μ的厚度，即可達到1.1~1.7eV的吸光頻率範圍，比結晶矽1.1eV要高出許多；然材料缺陷較多，光電能轉換效率較低，但成本也較低，目前除轉換效率不高外，戶外使用仍有穩定度不佳的缺點。為了解決上述問題，近期技術發展上，為能提高光電轉換效率，則增加成本，於非晶矽太陽電池上，再疊層其他材料，目前商業用轉換效率約4-10%，實驗室轉換效率則為13%，故面對矽晶體太陽電池之成本效益而言，其應用領域上則略有不同。
就各項技術之應用市場來看，2004年全球單晶矽太陽電池生產量約250百萬瓦，佔太陽電池總生產量之36%，多晶矽太陽電池之生產為330百萬瓦，佔總生產量之44%，以日本為最主要生產國，而非晶矽太陽電池之生產量佔總生產量之4%，其中一半以上屬於消費性用太陽電池。而2005年，基於成本考量，多晶太陽電池之應用微幅壓縮單晶太陽電池而成長；有鑑於太陽電池之需求旺盛與矽材短缺議題持續發燒，非矽晶太陽電池於2005年，佔總生產量的比例，由2004年的4%提升至5%。
而化合物半導體材料中，以GaAs之轉換效率最高，唯因基板、材料及其製作成本高，僅適用於太空應用及特殊用途。CdTe太陽電池屬於II-VI族化合物半導體，其結構主體由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，吸光效率係數>105cm-1，故厚度相當薄，並可吸收90%以上的光；CdS層的上沿先接合TCO，再連接基材，CdTe上沿則接合背板，形成一個電池架構。目前轉換效率>10%，然仍具有以下限制：(1)模組與基材成本太高，CdTe佔材料總成本的53%，半導體材料則為5.5%；(2)碲天然蘊藏量有限，未來若成為主流，材料仍為嚴重問題；(3)鎘具有毒性，故雖其對太陽光譜具有最適合的吸收係數，且為直接遷移型半導體，在物性上具有優越的地位；然與另一CuInSe2(CIS)為三元素化合物太陽電池，雖其特性具有較佳的光吸收係數，但是這兩種薄膜太陽電池分別由於環保問題及大量生產不易問題，一直無法商業化；因此，基本上低價格、高可靠度、可商業化的太陽電池確是以薄膜型晶矽材料被視為未來可期待之太陽電池材料。
由於薄膜太陽電池具備低價、可大面積化的特徵，因此，一直扮演著未來可商業化希望的太陽電池的角色，雖然技術的發展與矽晶圓晶矽太陽電池同步，但是，至今在性能及可靠度方面仍然無法與矽晶圓晶矽太陽電池相比擬，最主要的原因乃在於很難在便宜的基板上(若使用矽晶圓為基板就喪失了以低價為取向的薄膜技術之原意)成長出與矽晶圓相同品質及可靠度的薄膜矽材料。在這長期的發展時日裡，薄膜矽太陽電池(Thin Film Silicon Solar Cells)的轉換效率，目前商業化技術上，比Wafer Based晶矽太陽電池低約7-8%，主要的理由為：(1)非晶矽薄膜太陽電池因成長在便宜的基板上，因此無磊晶的效應，材料的特性與穩定度就無法與矽晶圓晶矽太陽電池相比；(2)低溫多晶矽薄膜太陽電池為低溫成長，材料的缺陷問題無法與晶圓的晶矽太陽電池相比較。然實驗室最高轉換效率已達21%，而商業化市場中，僅Astropower以昂貴的石墨為基材，轉換效率方為13.4%。其雖為未來具潛力之太陽電池種類之一，然目前尚須持續鑽研的方向：(1)使用玻璃基材、(2)使用耐高溫基材、(3)將單晶矽層半成品轉植至玻璃矽材。而日本三菱則成功製備100cm2，轉換效率達16%。
而染料敏化太陽電池，則以奈米結構電極與染料結合，成為高轉換效率電子轉移介面技術；基本架構為透明導電基片、多孔奈米晶體二氧化鈦半導體的導電層，然激發態是於一個不穩定的狀態下，因此，電子必需以最快的速度注入到緊鄰的TiO2導帶，使染料分子所失去電子能在第一時間從電解質中得到回饋作用，於TiO2導帶中的電子能夠併入導電膜中，最終經由電極引至外部迴路產生光電流作用；雖DSSC被預期為第三代太陽電池技術，然由於(1)目前商品化時程尚未能夠印證產品的耐久性、(2)整體電池模組的細部研究尚待加強、(3)大面積製程技術，目前研究投入不足；因此，於邁向未來低成本太陽電池的路途上，仍需伏枕以待。
截至目前為止，單晶矽與多晶矽太陽電池仍為太陽電池之主流技術，預期至2010年，單多晶太陽電池佔領市場約85%，而Ribbon-/Sheet c-Si之應用比例將成長至8%。另外，由於日本與德國市場應用政策充分導引產業發展，故單多晶矽太陽電池技術由美國主力發展轉移至以日本與歐洲發展最為成熟。為了區隔技術發展之方向，近期美國則多朝向其他新興太陽電池的發展前進。
Sharp估計，2000-2040年各類型太陽電池之發展趨勢。有鑑於太陽光電需求急遽上升，引發矽材短缺的問題，亦間接促進各種太陽電池技術之發展，而各類型技術之發展狀態，薄膜矽太陽電池被稱之為第二代太陽電池，尤其是具優勢性的微晶矽(mC-Si)薄膜太陽電池，其轉換效率可達12%，雖目前仍無大量商品推出，然預期10-15年後將逐漸於市場具影響力。另外，近年來各研究單位積極著手於第三代太陽電池研發，例如：先進薄膜材料、奈米/量子材料及技術、有機無機混成太陽電池。其中奈米太陽電池研究很少且水準不佳，而目前奈米應用於太陽電池領域之技術發展步調緩慢；因此，整體而言，預期未來至2010年前，太陽電池技術發展仍以結晶矽太陽電池為生產及研發重點。
細觀主流太陽電池結晶矽太陽電池之製造流程，如圖5所示。而其短期未來極具潛力的兩項產品--結晶矽(Bulk-Si)與薄膜矽(Thin Film Tandem-Si)太陽電池，其全球技術之發展趨勢如圖6所示。
目前結晶矽太陽電池量產設備進步很快，而Cell效率與產能對製程設備的依賴度越來越高，Cell效率與成本除了技術與Know-how以外，與設備、材料(Wafer)之品質亦有很大關係。近2年產品效率提升很快，而主要改進之處為：(1)Wafer品質、厚度與成本；(2)製程設備；(3)製程方法與元件結構之調整。而未來技術發展重點有二：
1.開發使用薄晶片以提昇效率之製程技術；
2.新結構與新製程結晶矽太陽電池技術開發，包括：(1)網印技術製作selective emitter結構，(2) Impurity gettering技術，使lifetime提昇，(3)以Laser製作Local BSF結構技術，(4)Surface passivation 技術，(5)使用RTP or belt furnace降低製程溫度，(6)多晶矽晶片表面Texturization技術...等。
R.M. Swanson則於A Vision for Crystalline Siliocn Solar Cells說明，2002-2012年太陽電池關鍵技術發展趨勢有幾項特點：
1.效率由17%增至21% --Heterostructure contacts
--Advanced cell designs
--High lifetime silicon
2.矽晶圓厚度由280μm降至120μm
3.太陽電池尺寸由5吋增至8吋
4.結晶成長技術改良
5.切割技術的精進：降低Kerf Loss由200μm至130μm
6.工廠產能由200MW/yr增至500MW/yr
7.工廠高度的自動化
成本降低部分，由於Solar Grade矽晶原料之研發，目前IC Grade成本約為US$40-60/kg，Solar Grade可降至US$30/kg以下，加上Wire Saw技術改進，並強化原先20年之使用年限至30年，及製程材料與設備低價化，因此單矽晶太陽電池有機會降低一半的成本。藉由高品質矽晶片，及結構/製程之提升，使得量產效率得以提升。
另外，面對上游矽材短缺，各種新興太陽電池技術則有更大的誘因促進開發，諸如：聚光型太陽電池(Concentrating Photovoltaic Cell)、球狀太陽電池(Spherical Silicon Solar Cell)、背接式太陽電池(Cross Section Cell)...等技術。此類新興太陽電池之技術發展，亦為太陽光電產業未來發展之重要關鍵因素。
太陽電池的種類
太陽電池的種類，乃藉由不同材料、基板型態與元件之交叉搭配而成，如圖1所示。
圖1：太陽電池種類的形成
資料來源：工研院IEK
而大部分歸類上，多以不同材料區隔，如圖二所示，多數太陽電池主要原料為矽(Silicon，Si)，其中又以單晶矽(Monocrystalline)、多晶矽(Multicrystalline)及非晶矽(Amorphous)為最多。
單晶矽及多晶矽基本上是以矽晶圓為基礎製作p-n型的太陽電池，屬於結晶矽太陽電池，由於材料缺陷較少，光電能轉換效率較高，但成本也相對的較高；然就其轉換效率而論，結晶矽太陽電池商業化平均轉換效率達16%，而實驗室之轉換效率則接近25%，簡而言之，就目前太陽電池商業化技術發展，當太陽光被太陽電池所吸收，僅有約16%轉化成為電能，另外的84%則成為毫無用處的熱能。
與結晶矽太陽電池不同的元件，則為薄膜型太陽電池。薄膜型太陽電池相較於結晶矽太陽電池，其僅需要一層極薄的光電材料，因此其所使用材料量也相對較低；另外，薄膜的基板可使用軟性或硬性的基材，可選擇的應用彈性高，雖說目前製作成本仍高於結晶矽太陽電池約30-40%，不過，矽材短缺議題，卻促進其技術發展的速度，未來待技術發展成熟，應用的領域則將更為寬廣。
於薄膜的元件之上，依其使用的材料不同，而有不同種類的太陽電池。其材料包含：非晶矽(Amorphous Cells)、銅銦鎵二硒(Copper Indium Gallium Diselenide Solar Cells, CIGS)、鎘碲薄膜(Cadmium Telluride Thin Film Photovoltaics, CdTe)、矽薄膜(Thin Film Silicon Solar Cells)、染料敏化(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSC)等...太陽電池。
其中，非晶矽太陽電池，其於便宜的基板上(如玻璃、不銹鋼等)沈積一層厚度小於1μm的非晶矽p-i-n型太陽電池。由於非晶矽具有較廣的光譜吸收能力，在i層只需要0.2~0.5μ的厚度，即可達到1.1~1.7eV的吸光頻率範圍，比結晶矽1.1eV要高出許多；然材料缺陷較多，光電能轉換效率較低，但成本也較低，目前除轉換效率不高外，戶外使用仍有穩定度不佳的缺點。為了解決上述問題，近期技術發展上，為能提高光電轉換效率，則增加成本，於非晶矽太陽電池上，再疊層其他材料，目前商業用轉換效率約4-10%，實驗室轉換效率則為13%，故面對矽晶體太陽電池之成本效益而言，其應用領域上則略有不同。
就各項技術之應用市場來看，2004年全球單晶矽太陽電池生產量約250百萬瓦，佔太陽電池總生產量之36%，多晶矽太陽電池之生產為330百萬瓦，佔總生產量之44%，以日本為最主要生產國，而非晶矽太陽電池之生產量佔總生產量之4%，其中一半以上屬於消費性用太陽電池。而2005年，基於成本考量，多晶太陽電池之應用微幅壓縮單晶太陽電池而成長；有鑑於太陽電池之需求旺盛與矽材短缺議題持續發燒，非矽晶太陽電池於2005年，佔總生產量的比例，由2004年的4%提升至5%。
而化合物半導體材料中，以GaAs之轉換效率最高，唯因基板、材料及其製作成本高，僅適用於太空應用及特殊用途。CdTe太陽電池屬於II-VI族化合物半導體，其結構主體由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，吸光效率係數>105cm-1，故厚度相當薄，並可吸收90%以上的光；CdS層的上沿先接合TCO，再連接基材，CdTe上沿則接合背板，形成一個電池架構。目前轉換效率>10%，然仍具有以下限制：(1)模組與基材成本太高，CdTe佔材料總成本的53%，半導體材料則為5.5%；(2)碲天然蘊藏量有限，未來若成為主流，材料仍為嚴重問題；(3)鎘具有毒性，故雖其對太陽光譜具有最適合的吸收係數，且為直接遷移型半導體，在物性上具有優越的地位；然與另一CuInSe2(CIS)為三元素化合物太陽電池，雖其特性具有較佳的光吸收係數，但是這兩種薄膜太陽電池分別由於環保問題及大量生產不易問題，一直無法商業化；因此，基本上低價格、高可靠度、可商業化的太陽電池確是以薄膜型晶矽材料被視為未來可期待之太陽電池材料。
由於薄膜太陽電池具備低價、可大面積化的特徵，因此，一直扮演著未來可商業化希望的太陽電池的角色，雖然技術的發展與矽晶圓晶矽太陽電池同步，但是，至今在性能及可靠度方面仍然無法與矽晶圓晶矽太陽電池相比擬，最主要的原因乃在於很難在便宜的基板上(若使用矽晶圓為基板就喪失了以低價為取向的薄膜技術之原意)成長出與矽晶圓相同品質及可靠度的薄膜矽材料。在這長期的發展時日裡，薄膜矽太陽電池(Thin Film Silicon Solar Cells)的轉換效率，目前商業化技術上，比Wafer Based晶矽太陽電池低約7-8%，主要的理由為：(1)非晶矽薄膜太陽電池因成長在便宜的基板上，因此無磊晶的效應，材料的特性與穩定度就無法與矽晶圓晶矽太陽電池相比；(2)低溫多晶矽薄膜太陽電池為低溫成長，材料的缺陷問題無法與晶圓的晶矽太陽電池相比較。然實驗室最高轉換效率已達21%，而商業化市場中，僅Astropower以昂貴的石墨為基材，轉換效率方為13.4%。其雖為未來具潛力之太陽電池種類之一，然目前尚須持續鑽研的方向：(1)使用玻璃基材、(2)使用耐高溫基材、(3)將單晶矽層半成品轉植至玻璃矽材。而日本三菱則成功製備100cm2，轉換效率達16%。
而染料敏化太陽電池，則以奈米結構電極與染料結合，成為高轉換效率電子轉移介面技術；基本架構為透明導電基片、多孔奈米晶體二氧化鈦半導體的導電層，然激發態是於一個不穩定的狀態下，因此，電子必需以最快的速度注入到緊鄰的TiO2導帶，使染料分子所失去電子能在第一時間從電解質中得到回饋作用，於TiO2導帶中的電子能夠併入導電膜中，最終經由電極引至外部迴路產生光電流作用；雖DSSC被預期為第三代太陽電池技術，然由於(1)目前商品化時程尚未能夠印證產品的耐久性、(2)整體電池模組的細部研究尚待加強、(3)大面積製程技術，目前研究投入不足；因此，於邁向未來低成本太陽電池的路途上，仍需伏枕以待。
截至目前為止，單晶矽與多晶矽太陽電池仍為太陽電池之主流技術，預期至2010年，單多晶太陽電池佔領市場約85%，而Ribbon-/Sheet c-Si之應用比例將成長至8%。另外，由於日本與德國市場應用政策充分導引產業發展，故單多晶矽太陽電池技術由美國主力發展轉移至以日本與歐洲發展最為成熟。為了區隔技術發展之方向，近期美國則多朝向其他新興太陽電池的發展前進。
Sharp估計，2000-2040年各類型太陽電池之發展趨勢。有鑑於太陽光電需求急遽上升，引發矽材短缺的問題，亦間接促進各種太陽電池技術之發展，而各類型技術之發展狀態，薄膜矽太陽電池被稱之為第二代太陽電池，尤其是具優勢性的微晶矽(mC-Si)薄膜太陽電池，其轉換效率可達12%，雖目前仍無大量商品推出，然預期10-15年後將逐漸於市場具影響力。另外，近年來各研究單位積極著手於第三代太陽電池研發，例如：先進薄膜材料、奈米/量子材料及技術、有機無機混成太陽電池。其中奈米太陽電池研究很少且水準不佳，而目前奈米應用於太陽電池領域之技術發展步調緩慢；因此，整體而言，預期未來至2010年前，太陽電池技術發展仍以結晶矽太陽電池為生產及研發重點。
細觀主流太陽電池結晶矽太陽電池之製造流程，如圖5所示。而其短期未來極具潛力的兩項產品--結晶矽(Bulk-Si)與薄膜矽(Thin Film Tandem-Si)太陽電池，其全球技術之發展趨勢如圖6所示。
目前結晶矽太陽電池量產設備進步很快，而Cell效率與產能對製程設備的依賴度越來越高，Cell效率與成本除了技術與Know-how以外，與設備、材料(Wafer)之品質亦有很大關係。近2年產品效率提升很快，而主要改進之處為：(1)Wafer品質、厚度與成本；(2)製程設備；(3)製程方法與元件結構之調整。而未來技術發展重點有二：
1.開發使用薄晶片以提昇效率之製程技術；
2.新結構與新製程結晶矽太陽電池技術開發，包括：(1)網印技術製作selective emitter結構，(2) Impurity gettering技術，使lifetime提昇，(3)以Laser製作Local BSF結構技術，(4)Surface passivation 技術，(5)使用RTP or belt furnace降低製程溫度，(6)多晶矽晶片表面Texturization技術...等。
R.M. Swanson則於A Vision for Crystalline Siliocn Solar Cells說明，2002-2012年太陽電池關鍵技術發展趨勢有幾項特點：
1.效率由17%增至21% --Heterostructure contacts
--Advanced cell designs
--High lifetime silicon
2.矽晶圓厚度由280μm降至120μm
3.太陽電池尺寸由5吋增至8吋
4.結晶成長技術改良
5.切割技術的精進：降低Kerf Loss由200μm至130μm
6.工廠產能由200MW/yr增至500MW/yr
7.工廠高度的自動化
成本降低部分，由於Solar Grade矽晶原料之研發，目前IC Grade成本約為US$40-60/kg，Solar Grade可降至US$30/kg以下，加上Wire Saw技術改進，並強化原先20年之使用年限至30年，及製程材料與設備低價化，因此單矽晶太陽電池有機會降低一半的成本。藉由高品質矽晶片，及結構/製程之提升，使得量產效率得以提升。
另外，面對上游矽材短缺，各種新興太陽電池技術則有更大的誘因促進開發，諸如：聚光型太陽電池(Concentrating Photovoltaic Cell)、球狀太陽電池(Spherical Silicon Solar Cell)、背接式太陽電池(Cross Section Cell)...等技術。此類新興太陽電池之技術發展，亦為太陽光電產業未來發展之重要關鍵因素。
