【前言】
由于全球气候变迁、空气污染问题以及资源日趋短缺之故，太阳能发电做为动力供应主要来源之一的可能性，已日益引起人们注目，这也是近年以硅晶圆为主的太阳能电池市场快速成长的原因。然而硅晶圆为主的太阳能发电技术其成本毕竟高出传统电力产生方式甚多，因此目前市场仍只能局限于特定用途，也因此世界上主要的研究单位，均致力于投入太阳能相关技术的研究，企求开发出新的物质，能降低产品成本并提升效能。
薄膜式太阳能电池由于只需使用一曾极薄光电材料，相较于硅晶圆必须维持一定厚度而言，材料使用非常少，而且由于薄膜是可使用软性基材，应用弹性大，如果技术能发展成熟，相信其市场面将较硅晶方式宽广许多。基于此，薄膜式太阳能电池的发展，在上一世纪仅展很快。
本文将就数种薄膜式太阳能电池，就技术面、发展潜力与可能瓶颈提出概括论述，由于篇幅限制以及个人才疏学浅，疏漏错失之处，尚祈大家指正。
在介绍薄膜式太阳能电池之前，首先本文想先介绍目前市场上最主要产品－硅晶圆太阳能电池，简述其以目前能在市场居于绝对优势的原因。
【硅晶圆太阳能电池】
自1954年贝尔实验室发表了具备6﹪光电效率的电池后，随着集成电路的发展，此类型一直是市场的主角，其市占率从未低于80﹪，如果只考虑供电超过超过1kW的市场，更几乎是100﹪。究其原因大概可分为三方面：一、成本与价格；二、模块的效率；三、产能规模与利用率。
由于科技的进步，包括了晶圆厚度、切割技术、晶圆尺寸，以及晶圆价格，均有长足的改善，自1960s以来，以此类电池发电，单位瓦数（watt）成本已下降约50倍，目前价格约为US＄2.5 ~ 3 / watt。依据美国国家再生能源实验室的报导，薄膜太阳能电池的制造成本在过去10年亦呈大幅下降，趋势比硅晶圆还快，不过至今一般而言，其价格仍约高于硅晶圆式50﹪。
硅晶圆单一电池系统目前实验室光电效率已达25﹪，与理论值29﹪非常接近。商业化产品的光电效率自1970s以来也有长足进步，近年以达约12﹪。这项技术成果，相对而言，是多数薄膜技术所不及之处。
生产成本往往深受生产规模影响，太阳电池也不例外。比较硅晶圆式与薄膜式，一般而言，目前产能规模前者约是后者10倍，因此固定成本可大幅分摊。其次是产能利用率而言，目前硅晶圆式生产厂商，由于这几年市场年年大幅成长，平均产能利用率约达80﹪，而薄膜式厂商仅约40﹪。这使得硅晶圆式更具生产成本竞争力，成为市场上的一支独秀。
【非晶系硅太阳能电池】Amorphous silicon solar cell
此类型光电池是发展最完整的薄膜式太阳能电池。其结构通常为p-i-n（或n-i-p）偶及型式，p层跟n层主要座为建立内部电场，I层则由非晶系硅构成。由于非晶系硅具有高的光吸收能力，因此I层厚度通常只有0.2 ~ 0.5μm。其吸光频率范围约1.1 ~ 1.7eV，不同于晶圆硅的1.1eV，非晶性物质不同于结晶性物质，结构均一度低，因此电子与电洞在材料内部传导，如距离过长，两者重合机率极高，为必免此现象发生，I层不宜过厚，但如太薄，又易造成吸光不足。为克服此困境，此类型光电池长采多层结构堆栈方式设计，以兼顾吸光与光电效率。
这类型光电池先天上最大的缺失在于光照使用后短时间内性能的大幅衰退，也就是所谓的SWE效应，其幅度约15 ~ 35﹪。发生原因是因为材料中部份未饱和硅原子，因光照射，发生结构变化之故。前述多层堆栈方式，亦成为弥补SWE效应的一个方式。
非晶型硅光电池的制造方式是以电浆强化化学蒸镀法（PECVD）制造硅薄膜。基材可以使用大面积具弹性而便宜材质，比如不锈钢、塑料材料等。其制程采取roll-to-roll的方式，但因蒸镀速度缓慢，以及高质量导电玻璃层价格高，以至其总制造成本仅略低于晶型太阳能电池。至于多层式堆栈型式，虽可提升电池效率，但同时也提高了电池成本。综合言之，在价格上不太具竞争优势的前提下，此类型光电池年产量再过去三年仍呈现快速成长，2003年相较于2002年成长了113﹪，预期此趋势将持续下去。
为了降低制造成本，近年有人开发已VHF电浆进行制膜，制程速度可提升5倍，同时以ZnO取代SnO2作为导电玻璃材料，以降TCO成本，预计未来制程顺利开发成功，将可使非晶型硅光电池竞争力大幅提高。展望未来此型光电池最大的弱点在于其低光电转化效率。目前此型光电池效率，实验室仅及约13.5﹪，商业模块亦仅4 ~ 8﹪，而且似乎为来改善的空间，可能相当有限。
【铜铟镓二硒太阳能电池】Copper Indium Gallium Diselenide Solar Cells
此类型光电池计有两种：一种含铜铟硒三元素（简称CIS），一种含铜铟镓硒四元素（简称CIGS）。由于其高光电效率及低材料成本，被许多人看好。在实验室完成的CIGS光电池，光电效率最高可达约19﹪，就模块而言，最高亦可达约13﹪。CIGS随着铟镓含量的不同，其光吸收范围可从1.02ev至1.68ev，此项特征可加以利用于多层堆栈模块，已近一步提升电池组织效能。此外由于高吸光效率（α>105㎝-1），所需光电材料厚度不需超过1μm，99﹪以上的光子均可被吸收，因此一般粗估量产制造时，所需半导体原物料可能仅只US$0.03/W。
CIGS光电池其结构有别于非晶型硅光电池，主要再于光电层与导电玻璃间有一缓冲层（buffer layer），该层材质通常为硫化铬（CdS）。其载体亦可使用具可挠性材质，因此制程可以roll-to-roll方式进行。目前商业化制程是由shell solar所开发出来，制程中包含一系列真空程序，造成硬件投资与制造成本均相当高昂，粗估制程投资一平方米约需US$33。实验室常用的同步挥发式制程，放大不易，可能不具商业化可行性。另一家公司，ISET，已积极投入开发非真空技术，尝试利用奈米技术，以类似油墨制程（ink process）制备层状结果，据该公司报导，已获初步成功，是否能发展成商业化制程，大家正拭目以待。另外，美国NREL亦成功开发一种三步骤制程（3-stage process），在实验室非常成功，获得19.2﹪光电效率的太阳能电池。不过由于该制程相当复杂，花费亦大，咸认放大不易。
综合而言，CIGS在高光电效率低材料成本的好处下，面临三个主要困难要克服：（1）制程复杂，投资成本高；（2）关键原料的供应；（3）缓冲层CdS潜在毒害。制程改善，如前述有许多单位投入，但类似半导体制程的需求，要改良以降低成本，困难度颇高。奈米技术应用，引进了不同思维，可能有机会，但应用至大面积制造，其良率多少？可能是一项挑战。其次原材料使用到铟元素也是一项潜在隐忧，铟的天然蕴藏量相当有限，国外曾计算，如以效率10﹪的电池计算，人类如全面使用CIGS光电池发电供应能源，可能只有数年光景可用。镉（Cd）的毒性一直是人们所关注，硫化镉（CdS）在电池中会不会不当外露，危害人们，并不能让所有人放心，因此在欧洲部份国家，舍弃投入此型光电池研究。
【镉碲薄膜太阳能电池】Cadmium Telluride Thin Film Photovoltaics，CdTe
此类型薄膜光电池在薄膜式光电池中历史最久，也是被密集探讨的一种之一。再1982年时Kodak首先做出光电效率超过10﹪的此类型光电池，目前实验室达成最高的光电效率是16.5﹪，由美国NREL实验室完成，其作法是将已建立多年的电池构造，在进一步增量修改，并改变部分材质。
典型的CdTe光电池结构的主体是由约2μm层的P-type CdTe层与后仅0.1μm的n-type CdS形成，光子吸收层主要发生于CdTe层，西光效率细数大于105㎝-1，因此仅数微米厚及可吸收大于90﹪的光子。CdS层的上沿先接合TCO，再连接基材，CdTe上沿则接合背板，以形成一个光电池架构。目前已知为制备高光电效率CdTe光电池，不论电池结构如何，均需要使用氯化镉活化半导体层，方法上可采湿式或干式蒸气法。干式法较为工业界所采用。
关于CdTe光电池的薄膜，目前已有多种可行的工艺可采用，其中不乏具量产可行性的方法。已知的方法有溅镀法（sputtering）、化学蒸镀（CVD）、ALE（atomic layer epitaxy）、网印（screen-printing）、电流沉积法（galvanic deposition）、化学喷射法（chemical spraying）、密集堆积升华法（close-packed sublimation）、modified close-packed sublimation、sublimation-condensation。各方法均有其利弊，其中电流沉积法是最便宜的方法之一，同时也是目前工业界采用的主要方法。沉积操作时温度较低，所耗用碲元素也最少。
CdTe太阳能电池在具备上述许多有利于竞争的因素下，在2002年其全球市占率仅0.42﹪，2000年时全球交货量也不及70MW，目前CdTe电池商业化产品效率已超过10﹪，究其无法耀升为市场主流的原因，大至有下列几点：ㄧ、模块与基材材料成本太高，整体CdTe太阳能电池材料占总成本的53﹪，其中半导体材料只占约5.5﹪。二、碲天然运藏量有限，其总量势必无法应付大量而全盘的倚赖此种光电池发电之需。三、镉的毒性，使人们无法放心的接受此种光电池。
【硅薄膜太阳能电池】Thin Film Silicon Solar Cells
最早开发此型光电池是在1970’s，至1980’s方有大的突破。其硅结晶层的厚度仅5~50毫米，可以次级硅材料、玻璃、陶瓷或石墨为基材。除了硅材料使用量可大幅降低外，此类型光电池由于电子与电洞传导距离短，因此硅材料的纯度要求，不若硅晶圆型太阳能电池高，材料成本可进一步降低。由于硅材料不若其它发展中光电池半导体材料，具有高的吸光效率，且此型光电池硅层膜，不若硅晶圆型太阳能电池硅层厚度约达300微米，为提高光吸收率，设计上需导入光线流滞的概念，此点是与其它薄膜型光电池不同之处。
此类型光电池之制备方法有：液相磊晶（liquid phase epitaxy，LPE）、许多型式的化学蒸镀（CVD），包括低压与常压化学蒸镀（LP-CVD、AP-CVD）、电浆强化化学蒸镀（PE-CVD）、离子辅助化学蒸镀（IA-CVD），以及热线化学蒸镀（HW-CVD），遗憾的是上述方法无一引用至工业界，虽然如此，一般咸信常压化学蒸镀，应具备发展为量产制程的可能性。上述蒸镀法，操作温度区间在300~1200℃，主要依据基材材料而定。
此型光电池光电效率实验室最高已达21﹪，市场上只有Astropower一家产品，当基材使用石墨时，效率可达13.4﹪，由于石墨材料价格昂贵，目前研究工作大底有三个方向：一、使用玻璃基材；二、使用耐高温基材；三、将单晶硅层半成品转植至玻璃基材。日本的三菱公司已成功运用此方法，成功制备100㎝2，光电效率达16﹪的组件。整体而言，此类型光电池系统的发展仍处于观念可行性验证时期，实验室制备技术是否能发展成具经济效应的量产程序，是人们关注的另一重点。
【染料敏化太阳能电池】Dye-Sensitized Solar Cells，DSSC
此型光电池可是源自19世纪，人们照相技术的理念，但一直到超过100年后的1991年，瑞士科学家Gratzel采用奈米结构的电极材料，以及适切的染料，组成光电效率超过7﹪的光电池，此领域的技术研究开发，才引起大家积极而热烈的投入。此项成功结合奈米结构电极与染料而创造出高效率电子转移接口的技术，跳脱传统无材料固态接口设计，可说是第三代太阳能电池。目前全世界有八家公司已得到Gratzel教授授权，其中包括了Toyota/IMRA、 Sustainable Technology International（STI）等著名公司。
此类型光电池的工作原理是藉由染料做为吸光材。染料中价电层电子受光激发，要升至高能阶层，进而传导至奈米二氧化钛半导体的导电层，在经由电极引至外部。失去电子的染料则经由电池中电解质得到电子，电解质是由I/I3+溶于有机溶剂中形成。
此型电池的结构一般有两种，实验室制备的通常为三明治结构，上下均为玻璃，玻璃内源则为TCO。中间有两部份，包括含有染料的二氧化钛，以及溶有电解质的有机溶液。为利用已发展较成熟的其它薄膜光电池制备技术，Gratzel等，于1996年发展出三层式的monolithic cell structure，采用碳电极取代一层TCO电极，各层的制备可直接沉积在另一层TCO上。玻璃并非必然的基材，其它具挠屈性透明材料亦可使用，因此roll-to-roll的制程亦可应用于此类型电池制备。德国的ISE公司已发展出包含网印方式的生产流程（如下图），制程非常简单。关于DSSC的制造成本，由于该型电池为新世代产品，目前并无量产市场，因此有不同的评估值，依据Gratzel 1994年的估算，如以5﹪光电效率为基础，其制造成本约US$1.0~1.3/Wp（年产能5~10 NWp/year），Solaronix SA 1996年的钴算则为US$2.2/Wp/year（年产能4MWp/year）；相较于技术开发较久的CdTe（US$1.1/Wp，20MWp/year）、薄膜硅晶型（US$1.78/Wp，25 MWp/year）两类型，成本差距似乎不大。
DSSC发展的最大利基，咸认在于其简单的制程，不需昂贵设备与高洁净度的厂房设施。其次所使用材料二氧化钛、电解质等亦非常便宜。至于铂金属触媒以及染料，相信生产规模变大时，价格亦会下降。其次就如同其它部分薄膜光电池，因为可以使用具挠屈性基材，因此应用范围可大幅扩张，不似目前硅晶圆式，只适用于屋顶等少数场合。
未来DSSC如要成为具商业竞争力，甚至达到高市占率，仍有几件事需要证明：一、光电池本身的长期使用性。虽然实验室以较严苛条件测试，推估使用十年以上没有问题，但毕竟还是缺乏对商业产品长期使用的实测数据。二、对大面积的制备技术，有待努力发展。目前此方面工艺研究投入较少。三、对整体电池模块细部的基础研究，仍有许多工作要做，此方面研究可促进产品质量与规格的确立。
高能阶差半导体，光稳定性较高，因此如能以此类物质取代二氧化钛，学理上应较易获得耐久性DSSC产品，关于这方面研究，有部分研究单位也积极投入，惟至今仍未获得良好成果。开发新式染料以取代目前公认最佳的染料，有机钌金属（简称N3），亦是一项热门研究主题。有机染料化学是发展很久的一学术与产业领域，因此许多人相信经由适切的构思与系列实验，应有机会开发出吸光能力比N3好的有机染料，如此除可免除使用贵重的钌金属外，染料成本也可获得大幅降低。
【结语】
太阳光电池产业在过去几年呈现35﹪的年成长率，市场以硅晶圆型光电池为最主要。其中原因除了硅晶圆光电池成本，因硅半导体产业的蓬勃发展之故，大幅下降外，人们对新能源的积极寻求也是原因。此外，量产规模的逐步建立是价格下降的主要因素。
环视未来，硅晶圆太阳光电池是否仍能持续长期主导市场？由薄膜电池的进展来看，答案可能是否定的。因为薄膜式电池技术进展很快，虽然发展出使用不同的复合半导材料，但彼此技术有可互相借镜之处。就降低成本而言，还有很多空间。反观目前硅晶圆式光电池，技术发展已臻成熟，其主要成本来自于硅晶圆材料，能进一步压缩成本的空间相当有限。此外，薄膜式光电池一般而言，其制造时所耗能源的回偿时间，通常不及传统硅晶圆式的一半（亦即小于十年），部分甚至小于五年，如非晶相硅薄膜光电池与染料敏化太阳能电池。加上薄膜式光电池所使用材料较少，故整体而言薄膜式光电池是较为环保且具能源效率的产品。
几种发展中薄膜光电池，或许受到使用毒性物质影响，有其发展限制；或者部份因使用天然储量有限元素，预期可能无法全面长期应用于提供人类能源之用，但其累积技术、经验却弥足可贵，一但新观念或材料产生，即可以发挥立即功效。这也是为何硅薄膜式或染料敏化式深受重视。两者均可应用发展多年的薄膜制备技术，而前者另外引用人们对硅多年累积经验，后者可藉人们对有机染料以建立的充沛知识。也因此，虽然两者都是薄膜式光电池发展起步较晚的技术，但可能也是最具产生全面影响潜力的技术。
太陽能發電（网载）
【前言】
由於全球氣候變遷、空氣污染問題以及資源日趨短缺之故，太陽能發電做為動力供應主要來源之一的可能性，已日益引起人們注目，這也是近年以矽晶圓為主的太陽能電池市場快速成長的原因。然而矽晶圓為主的太陽能發電技術其成本畢竟高出傳統電力產生方式甚多，因此目前市場仍只能侷限於特定用途，也因此世界上主要的研究單位，均致力於投入太陽能相關技術的研究，企求開發出新的物質，能降低產品成本並提升效能。
薄膜式太陽能電池由於只需使用一曾極薄光電材料，相較於矽晶圓必須維持一定厚度而言，材料使用非常少，而且由於薄膜是可使用軟性基材，應用彈性大，如果技術能發展成熟，相信其市場面將較矽晶方式寬廣許多。基於此，薄膜式太陽能電池的發展，在上一世紀僅展很快。
本文將就數種薄膜式太陽能電池，就技術面、發展潛力與可能瓶頸提出概括論述，由於篇幅限制以及個人才疏學淺，疏漏錯失之處，尚祈大家指正。
在介紹薄膜式太陽能電池之前，首先本文想先介紹目前市場上最主要產品－矽晶圓太陽能電池，簡述其以目前能在市場居於絕對優勢的原因。
【矽晶圓太陽能電池】
自1954年貝爾實驗室發表了具備6﹪光電效率的電池後，隨著積體電路的發展，此類型一直是市場的主角，其市佔率從未低於80﹪，如果只考慮供電超過超過1kW的市場，更幾乎是100﹪。究其原因大概可分為三方面：一、成本與價格；二、模組的效率；三、產能規模與利用率。
由於科技的進步，包括了晶圓厚度、切割技術、晶圓尺寸，以及晶圓價格，均有長足的改善，自1960s以來，以此類電池發電，單位瓦數（watt）成本已下降約50倍，目前價格約為US＄2.5 ~ 3 / watt。依據美國國家再生能源實驗室的報導，薄膜太陽能電池的製造成本在過去10年亦呈大幅下降，趨勢比矽晶圓還快，不過至今一般而言，其價格仍約高於矽晶圓式50﹪。
矽晶圓單一電池系統目前實驗室光電效率已達25﹪，與理論值29﹪非常接近。商業化產品的光電效率自1970s以來也有長足進步，近年以達約12﹪。這項技術成果，相對而言，是多數薄膜技術所不及之處。
生產成本往往深受生產規模影響，太陽電池也不例外。比較矽晶圓式與薄膜式，一般而言，目前產能規模前者約是後者10倍，因此固定成本可大幅分攤。其次是產能利用率而言，目前矽晶圓式生產廠商，由於這幾年市場年年大幅成長，平均產能利用率約達80﹪，而薄膜式廠商僅約40﹪。這使得矽晶圓式更具生產成本競爭力，成為市場上的一支獨秀。
【非晶系矽太陽能電池】Amorphous silicon solar cell
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。
這類型光電池先天上最大的缺失在於光照使用後短時間內性能的大幅衰退，也就是所謂的SWE效應，其幅度約15 ~ 35﹪。發生原因是因為材料中部份未飽和矽原子，因光照射，發生結構變化之故。前述多層堆疊方式，亦成為彌補SWE效應的一個方式。
非晶型矽光電池的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。
為了降低製造成本，近年有人開發已VHF電漿進行製膜，製程速度可提升5倍，同時以ZnO取代SnO2作為導電玻璃材料，以降TCO成本，預計未來製程順利開發成功，將可使非晶型矽光電池競爭力大幅提高。展望未來此型光電池最大的弱點在於其低光電轉化效率。目前此型光電池效率，實驗室僅及約13.5﹪，商業模組亦僅4 ~ 8﹪，而且似乎為來改善的空間，可能相當有限。
【銅銦鎵二硒太陽能電池】Copper Indium Gallium Diselenide Solar Cells
此類型光電池計有兩種：一種含銅銦硒三元素（簡稱CIS），一種含銅銦鎵硒四元素（簡稱CIGS）。由於其高光電效率及低材料成本，被許多人看好。在實驗室完成的CIGS光電池，光電效率最高可達約19﹪，就模組而言，最高亦可達約13﹪。CIGS隨著銦鎵含量的不同，其光吸收範圍可從1.02ev至1.68ev，此項特徵可加以利用於多層堆疊模組，已近一步提升電池組織效能。此外由於高吸光效率（α>105㎝-1），所需光電材料厚度不需超過1μm，99﹪以上的光子均可被吸收，因此一般粗估量產製造時，所需半導體原物料可能僅只US$0.03/W。
CIGS光電池其結構有別於非晶型矽光電池，主要再於光電層與導電玻璃間有一緩衝層（buffer layer），該層材質通常為硫化鉻（CdS）。其载體亦可使用具可撓性材質，因此製程可以roll-to-roll方式進行。目前商業化製程是由shell solar所開發出來，製程中包含一系列真空程序，造成硬體投資與製造成本均相當高昂，粗估製程投資一平方米約需US$33。實驗室常用的同步揮發式製程，放大不易，可能不具商業化可行性。另一家公司，ISET，已積極投入開發非真空技術，嚐試利用奈米技術，以類似油墨製程（ink process）製備層狀結果，據該公司報導，已獲初步成功，是否能發展成商業化製程，大家正拭目以待。另外，美國NREL亦成功開發一種三步驟製程（3-stage process），在實驗室非常成功，獲得19.2﹪光電效率的太陽能電池。不過由於該製程相當複雜，花費亦大，咸認放大不易。
綜合而言，CIGS在高光電效率低材料成本的好處下，面臨三個主要困難要克服：（1）製程複雜，投資成本高；（2）關鍵原料的供應；（3）緩衝層CdS潛在毒害。製程改善，如前述有許多單位投入，但類似半導體製程的需求，要改良以降低成本，困難度頗高。奈米技術應用，引進了不同思維，可能有機會，但應用至大面積製造，其良率多少？可能是一項挑戰。其次原材料使用到銦元素也是一項潛在隱憂，銦的天然蘊藏量相當有限，國外曾計算，如以效率10﹪的電池計算，人類如全面使用CIGS光電池發電供應能源，可能只有數年光景可用。鎘（Cd）的毒性一直是人們所關注，硫化鎘（CdS）在電池中會不會不當外露，危害人們，並不能讓所有人放心，因此在歐洲部份國家，捨棄投入此型光電池研究。
【鎘碲薄膜太陽能電池】Cadmium Telluride Thin Film Photovoltaics，CdTe
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。
關於CdTe光電池的薄膜，目前已有多種可行的工藝可採用，其中不乏具量產可行性的方法。已知的方法有濺鍍法（sputtering）、化學蒸鍍（CVD）、ALE（atomic layer epitaxy）、網印（screen-printing）、電流沉積法（galvanic deposition）、化學噴射法（chemical spraying）、密集堆積昇華法（close-packed sublimation）、modified close-packed sublimation、sublimation-condensation。各方法均有其利弊，其中電流沉積法是最便宜的方法之一，同時也是目前工業界採用的主要方法。沉積操作時溫度較低，所耗用碲元素也最少。
CdTe太陽能電池在具備上述許多有利於競爭的因素下，在2002年其全球市佔率僅0.42﹪，2000年時全球交貨量也不及70MW，目前CdTe電池商業化產品效率已超過10﹪，究其無法耀昇為市場主流的原因，大至有下列幾點：ㄧ、模組與基材材料成本太高，整体CdTe太陽能電池材料佔總成本的53﹪，其中半導體材料只佔約5.5﹪。二、碲天然運藏量有限，其總量勢必無法應付大量而全盤的倚賴此種光電池發電之需。三、鎘的毒性，使人們無法放心的接受此種光電池。
【矽薄膜太陽能電池】Thin Film Silicon Solar Cells
最早開發此型光電池是在1970’s，至1980’s方有大的突破。其矽結晶層的厚度僅5~50毫米，可以次級矽材料、玻璃、陶瓷或石墨為基材。除了矽材料使用量可大幅降低外，此類型光電池由於電子與電洞傳導距離短，因此矽材料的純度要求，不若矽晶圓型太陽能電池高，材料成本可進一步降低。由於矽材料不若其他發展中光電池半導體材料，具有高的吸光效率，且此型光電池矽層膜，不若矽晶圓型太陽能電池矽層厚度約達300微米，為提高光吸收率，設計上需導入光線流滯的概念，此點是與其他薄膜型光電池不同之處。
此類型光電池之製備方法有：液相磊晶（liquid phase epitaxy，LPE）、許多型式的化學蒸鍍（CVD），包括低壓與常壓化學蒸鍍（LP-CVD、AP-CVD）、電漿強化化學蒸鍍（PE-CVD）、離子輔助化學蒸鍍（IA-CVD），以及熱線化學蒸鍍（HW-CVD），遺憾的是上述方法無一引用至工業界，雖然如此，一般咸信常壓化學蒸鍍，應具備發展為量產製程的可能性。上述蒸鍍法，操作溫度區間在300~1200℃，主要依據基材材料而定。
此型光電池光電效率實驗室最高已達21﹪，市場上只有Astropower一家產品，當基材使用石墨時，效率可達13.4﹪，由於石墨材料價格昂貴，目前研究工作大底有三個方向：一、使用玻璃基材；二、使用耐高溫基材；三、將單晶矽層半成品轉植至玻璃基材。日本的三菱公司已成功運用此方法，成功製備100㎝2，光電效率達16﹪的元件。整體而言，此類型光電池系統的發展仍處於觀念可行性驗證時期，實驗室製備技術是否能發展成具經濟效應的量產程序，是人們關注的另一重點。
【染料敏化太陽能電池】Dye-Sensitized Solar Cells，DSSC
此型光電池可是源自19世紀，人們照相技術的理念，但一直到超過100年後的1991年，瑞士科學家Gratzel採用奈米結構的電極材料，以及適切的染料，組成光電效率超過7﹪的光電池，此領域的技術研究開發，才引起大家積極而熱烈的投入。此項成功結合奈米結構電極與染料而創造出高效率電子轉移介面的技術，跳脫傳統無材料固態介面設計，可說是第三代太陽能電池。目前全世界有八家公司已得到Gratzel教授授權，其中包括了Toyota/IMRA、 Sustainable Technology International（STI）等著名公司。
此類型光電池的工作原理是藉由染料做為吸光材。染料中價電層電子受光激發，要昇至高能階層，進而傳導至奈米二氧化鈦半導體的導電層，在經由電極引至外部。失去電子的染料則經由電池中電解質得到電子，電解質是由I/I3+溶於有機溶劑中形成。
此型電池的結構一般有兩種，實驗室製備的通常為三明治結構，上下均為玻璃，玻璃內源則為TCO。中間有兩部份，包括含有染料的二氧化鈦，以及溶有電解質的有機溶液。為利用已發展較成熟的其他薄膜光電池製備技術，Gratzel等，於1996年發展出三層式的monolithic cell structure，採用碳電極取代一層TCO電極，各層的製備可直接沉積在另一層TCO上。玻璃並非必然的基材，其他具撓屈性透明材料亦可使用，因此roll-to-roll的製程亦可應用於此類型電池製備。德國的ISE公司已發展出包含網印方式的生產流程（如下圖），製程非常簡單。關於DSSC的製造成本，由於該型電池為新世代產品，目前並無量產市場，因此有不同的評估值，依據Gratzel 1994年的估算，如以5﹪光電效率為基礎，其製造成本約US$1.0~1.3/Wp（年產能5~10 NWp/year），Solaronix SA 1996年的鈷算則為US$2.2/Wp/year（年產能4MWp/year）；相較於技術開發較久的CdTe（US$1.1/Wp，20MWp/year）、薄膜矽晶型（US$1.78/Wp，25 MWp/year）兩類型，成本差距似乎不大。
DSSC發展的最大利基，咸認在於其簡單的製程，不需昂貴設備與高潔淨度的廠房設施。其次所使用材料二氧化鈦、電解質等亦非常便宜。至於鉑金屬觸媒以及染料，相信生產規模變大時，價格亦會下降。其次就如同其他部分薄膜光電池，因為可以使用具撓屈性基材，因此應用範圍可大幅擴張，不似目前矽晶圓式，只適用於屋頂等少數場合。
未來DSSC如要成為具商業競爭力，甚至達到高市佔率，仍有幾件事需要證明：一、光電池本身的長期使用性。雖然實驗室以較嚴苛條件測試，推估使用十年以上沒有問題，但畢竟還是缺乏對商業產品長期使用的實測數據。二、對大面積的製備技術，有待努力發展。目前此方面工藝研究投入較少。三、對整體電池模組細部的基礎研究，仍有許多工作要做，此方面研究可促進產品品質與規格的確立。
高能階差半導體，光穩定性較高，因此如能以此類物質取代二氧化鈦，學理上應較易獲得耐久性DSSC產品，關於這方面研究，有部分研究單位也積極投入，惟至今仍未獲得良好成果。開發新式染料以取代目前公認最佳的染料，有機釕金屬（簡稱N3），亦是一項熱門研究主題。有機染料化學是發展很久的一學術與產業領域，因此許多人相信經由適切的構思與系列實驗，應有機會開發出吸光能力比N3好的有機染料，如此除可免除使用貴重的釕金屬外，染料成本也可獲得大幅降低。
【結語】
太陽光電池產業在過去幾年呈現35﹪的年成長率，市場以矽晶圓型光電池為最主要。其中原因除了矽晶圓光電池成本，因矽半導體產業的蓬勃發展之故，大幅下降外，人們對新能源的積極尋求也是原因。此外，量產規模的逐步建立是價格下降的主要因素。
環視未來，矽晶圓太陽光電池是否仍能持續長期主導市場？由薄膜電池的進展來看，答案可能是否定的。因為薄膜式電池技術進展很快，雖然發展出使用不同的複合半導材料，但彼此技術有可互相借鏡之處。就降低成本而言，還有很多空間。反觀目前矽晶圓式光電池，技術發展已臻成熟，其主要成本來自於矽晶圓材料，能進一步壓縮成本的空間相當有限。此外，薄膜式光電池一般而言，其製造時所耗能源的回償時間，通常不及傳統矽晶圓式的一半（亦即小於十年），部分甚至小於五年，如非晶相矽薄膜光電池與染料敏化太陽能電池。加上薄膜式光電池所使用材料較少，故整體而言薄膜式光電池是較為環保且具能源效率的產品。
幾種發展中薄膜光電池，或許受到使用毒性物質影響，有其發展限制；或者部份因使用天然儲量有限元素，預期可能無法全面長期應用於提供人類能源之用，但其累積技術、經驗卻彌足可貴，一但新觀念或材料產生，即可以發揮立即功效。這也是為何矽薄膜式或染料敏化式深受重視。兩者均可應用發展多年的薄膜製備技術，而前者另外引用人們對矽多年累積經驗，後者可藉人們對有機染料以建立的充沛知識。也因此，雖然兩者都是薄膜式光電池發展起步較晚的技術，但可能也是最具產生全面影響潛力的技術。
薄膜电池光电转换效率超12%
从天津市科委了解到：由天津市科委和国家科技部重点支持，南开大学承担的项目“铜铟硒太阳能薄膜电池试验平台与中试线”取得了关键性突破 目前电池光电转换效率已突破12％。
该项目经过基础设施建设，开发研制和改造了多种薄膜沉积系统，使工艺得到了有效的控制，并且建立了国际先进水水平的测试平台。与此同时，在各层薄膜材料和器件整体结构的基础研究中，对材料的形成机理及反应动力学、电池结构和各层材料界面的相互作用等关键问题上取得了重要进展，在关键技术问题上也取得多项突破，申请了两项发明专利。在此基础上电池效率稳步提高，电池转换效率在众多的8％－10％的基础上达到12．1％（由18所国家计量站检测）。全面达到了国家下达的技术指标，使我国铜铟硒薄膜太阳电池技术水平达到新的高度。
铜铟硒（CIS）薄膜太阳电池性能优异，被国际上称为下一代的廉价太阳能电池。吸引世界众多的光伏专家进行研究开发。由于铜铟硒电池是多元化合物半导体器件，复杂的多层结构和敏感的元素配比，要求其工艺和设备极其严格。太阳电池光电转换效率是代表材料性能、器件结构、制备技术、工艺设备和检测手段等综合性整体水平的标志性指标，世界上只有四个国家开发出这种单体电池和集成组件，美、日、德三国完成了中试线的开发，尚未实现商品化。
天津市科委有关部门负责人说道，经过该项目的攻关，建立了世界先进水的实验平台，为铜铟硒薄膜太阳电池后续发展奠定了坚实的基础，同时为发展化合物薄膜材料与器件开辟新的研究方向创造了条件，也为吸引高层次人才构筑了施展才能的舞台。国家科技部已明确表示，进一步支持这一项目的开发。
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