尤其是歐洲持續將太陽能發電量的政府補貼政策持續放寬，美國地區也嘗試通過再生能源法案、利用各種租稅減免來增加企業導入太陽能發電取代傳統電力來源的誘因；但要加速太陽能技術普及，僅靠制度輔助這個手段是不夠的，還是要讓太陽能發電技術趨於實用，才能讓這種潔淨能源的應用環境趨於合理、正常發展。尤其是針對單片太陽能光伏電池的光電轉換效率，不僅影響了光伏電池產業的發展，也成為相關產業導入新再生能源的評估標準。


改善材料科技 持續強化光伏電池轉換效率

太陽能光伏電池在技術上的差異——其光伏電池模組的單位發電成本(如需要幾片太陽能光伏電池能產生對應的發電輸出)，仍為相關業者導入潔淨能源的關鍵考量，尤其是精算至每瓦發電成本、太陽能光伏電池的使用年限、組裝發電設備的空間限制等，各方面都受到仔細計算。而太陽能光伏電池的晶片材質、晶片製程，乃至於組裝光伏電池的外殼、玻璃配件，都會影響光伏電池的光電能源轉換效率。

在初期光伏電池建置的成本考量上，光伏電池的每瓦發電成本，是大多數業者導入太陽能發電機制取代原有電力使用的重要考量，像是矽薄膜太陽能光伏電池，可利用大尺寸化設計降低單位製作成本。

矽薄膜太陽能光伏電池，相較於矽晶型態之光伏電池，是屬於較低溫製程的生產處理，生產過程的耗能也相對較低，是目前相當熱門的光伏電池使用材質。另外，矽薄膜太陽能光伏電池在實際運轉過程中，受烈日曝曬、環境溫度影響其光電轉換效率較小，同時光伏電池的系統設備也較容易因應發電量能改變動態擴充機組設備。

基本上，a-Si薄膜型態的太陽能光伏電池，其光學能隙(Optical Gap)約在1.7eV，晶片本身僅吸收波長小於700nm的日照，甚至a-Si薄膜設計若經過大量日照會出現材料劣化，這會讓a-Si薄膜太陽能光伏電池的光電轉換效率偏低。而實際上太陽能量的日照光譜絕大部分會落在波長700nm之上區域，為了強化太陽能光伏電池的整體發點光電轉換效能，在設計上可利用能隙不同的材料串接，增加單一光伏電池模組的光吸收範圍，經過材料串接的強化版光伏電池，其光電轉換效率可獲得大幅改善。


光伏電池模組的組裝材料 需考量材料本身內反射問題

光伏電池的構成元素為外殼模組材料、晶片與電力儲存設備，看似簡單其實內大有學問。以外殼模組材料組裝的晶片設計方案來說，外殼模組主要是要避免晶片污損影響發光效能，同時，晶片本身的表面若有凹凸表面，也會因為光的內折射無法讓光能量完整被晶片吸收，產生光電轉換效率低下問題。

一般的作法會於晶片表面進行加工，TCO(Transparent Conductive Oxide)折射率為介於玻璃、矽薄膜間，可以大幅降低入射日照光能量於矽薄膜表面產生反射，而前端表面處理的TCO表面可搭配不規則形狀Texture紋理結構，進而降低TCO、Si表面的反射問題，甚至可以達到增加入射日照光能的散射處理，增加更多光被晶片吸收的效果。

如果採矽薄膜太陽能光伏電池設計方案，常用作法為加氟之二氧化錫(SnO2:F)進行製作方案，採行常壓化學氣相沉積法(Atmospheric Chemical Vapor Deposition；APCVD)，在接近大氣壓力、500度溫度條件進行材料加工。除APCVD以外，另還有LPCVD、Sputter等材料製程處理製作需求。

但是利用Sputter製程進行沉積的TCO表面處理，會讓光伏電池薄膜的表面趨於平坦，這會因為材料表面且較無紋理影響其光能量吸收能力，因此不適合用於前端表面TCO處理，即便使用，也必須在製成品完成後再增加濕式蝕刻的製作流程，為晶片表面薄膜增加不平坦的型態，來提升入射日照的光散射效益。


TCO技術直接影響矽薄膜太陽能光伏電池效能

光伏電池左右光電轉換效率的關鍵，其實就在其光伏電池模組的光學特性設計，若以單層晶片進行光電轉換，其效益肯定相當有限，而在晶片薄化、半透明TCO處理技術持續推進下，採行不同能隙晶片進行串接，透過不同光譜與能隙搭配之材料進行模組組合，可讓太陽能光伏電池的光電轉換效能提升。

一般TCO薄膜具可穿透性、低反射、高吸收性等效果，透明導電層TCO的優劣，直接影響了日照進入吸收層的波長，另日照光線在吸收層的路徑長�短與TCO的反射問題，都會影響矽薄膜太陽能光伏電池的光電轉換效率。

採a-Si、μc-Si矽晶材料堆疊形式的太陽能光伏電池模組設計，為利用因應短波長吸收效率較佳的a-Si薄膜，使a-Si薄膜設置於模組第一個接觸太陽日照之材料表面設計，而當日照之長波長穿透a-Si薄膜後，即能將光能量接觸至下層μc-Si薄膜，讓太陽能光伏電池的光電轉換過程有倍增的光電轉換效能。

此外，還有業者提出三層式或多層式光伏電池設計結構，如a-Si、μc-Si、μc-Si，或是a-Si、a-Si、μc-Si，也有a-Si/a-SiGe/μc-Si多種結構組成的矽薄膜太陽能光伏電池設計方案，一般在光電轉換效率至少都有超過15%以上的提升表現能力。