目前市場上，絕大多數的太陽能電池是採用矽晶圓作為材料，主要是因為矽晶圓太陽能電池的製造原理和過程都和半導體相當接近，因此在半導體生產技術和設備都已經相當成熟，且人才眾多的情形下，矽晶圓太陽能電池具有轉換效率佳、設備成本低、量產速度快、良率又高的優勢，因此預期至少未來十多年，矽晶圓太陽能電池仍然會是市場上的主流。
不過，由這兩年上游多晶矽材料缺乏，所導致整體產業鏈價格飛漲的情形，可看出矽晶圓太陽能電池所面臨的最大問題乃是材料成本太高-一方面是因為多晶矽原料雖然是一般的砂(SiO2)，但是純化過程中需要規模龐大的廠房，耗費大量的能源才能辦到，因此單位成本並不便宜，生產上也無法快速因應需要增加產能；另一方面，由於物理性質的限制，目前用矽晶圓製造太陽能電池目前最少也要200μm的厚度，因此在製造大面積發電模組時對矽原料的用量也相對龐大。
所以薄膜太陽能電池節省材料(厚度可低於矽晶圓太陽能電池90%以上)，可在價格低廉的玻璃、塑膠或不鏽鋼基板上製造，甚至可以Roll to Roll方式大量生產大面積太陽能電池的特性，在業界持續尋求降低生產成本的要求上，加上具有可撓性，容易搭配建築外牆施工等其他優點下，已廣被看好將是未來的明星產品。
然而，目前的薄膜太陽電池，都有明顯的製造成本過高或是轉換效率太低的缺點，因此各研究單位和廠商仍不斷在進行新材料或製程的研發，期望能改善目前的缺點；短期之內，薄膜太陽能電池仍將是以特殊應用的市場為主。
薄膜太陽能電池的種類
薄膜太陽能電池，顧名思義，乃是在塑膠、玻璃或是金屬基板上形成可產生光電效應的薄膜，厚度僅需數μm，因此在同一受光面積之下可較矽晶圓太陽能電池大幅減少原料的用量。薄膜太陽能電池並非是新概念的產品，實際上人造衛星就早已經普遍採用砷化鎵(GaAs)所製造的高轉換效率薄膜太陽能電池板(以單晶矽作為基板，轉換效能在30%以上)。
不過，一方面因為製造成本相當高昂，另一方面除了太空等特殊領域之外，應用市場並不多，因此直到近幾年因為太陽能發電市場快速興起後，發現矽晶圓太陽電池在材料成本上的侷限性，才再度成為產業研發中的顯學。目標則是發展出材料成本低廉，又有利於大量生產的薄膜型太陽能電池。目前已經開發出多種薄膜太陽能電池技術，以下將目前已經商業化，或是已經有具體產品出現的薄膜太陽能電池做一簡單介紹。
非晶矽(Amorphus Silicon,a-Si)
在1980年代，非晶矽是唯一商業化的薄膜型太陽能電池材料。非晶矽的優點在於對於可見光譜的吸光能力很強，而且利用濺鍍或是化學氣相沉積方式在玻璃或金屬基板上生成薄膜的生產方式成熟且成本低廉，材料成本相對於其他化合物半導體材料也便宜許多；不過缺點則有轉換效率低(約5~7%)，以及會產生嚴重的光劣化現象(就是在受到UV照射後會使得轉換效率大幅降低)的問題，因此無法打入太陽能發電市場，而多應用於小功率的消費性電子產品市場。
不過在新一代的非晶矽多接面太陽能電池(Multijuction Cell)已經能夠大幅改善純非晶矽太陽電池的缺點，轉換效率可提升到6~8%，使用壽命也獲得提昇。由於發展歷史相當長，目前市場上絕大多數的薄膜太陽能電池都是用非晶矽作為主要材料，而未來在具有成本低廉的優勢之下，仍將是未來薄膜太陽能電池的主流之一。
微晶矽(Nanocrystalline Silicon，nc-Si，也被稱為Microcrystalline Silicon，mc-Si)
微晶矽其實是非晶矽的改良材料，其結構介於非晶矽和晶體矽之間，主要是在非晶體結構中具有微小的晶體粒子，因此同時具有非晶矽容易薄膜化，製程便宜的特性，以及晶體矽吸收光譜廣，且不易出現光劣化效應的優點，轉換效率也較高。目前已有將a-Si和nc-Si疊層後製成的薄膜太陽能電池商品(由日本Sanyo研發成功)，可鍍膜在一般窗戶玻璃上，透光的同時仍可發電，因此業界廣泛看好將是未來非晶矽材料薄膜太陽電池的的發展主流。
CIS/CIGS(銅銦硒化物)
CIS(Copper Indium Diselenide)或是CIGS(Copper Indium Gallium Diselenide)都屬於化合物半導體。這兩種材料的吸光(光譜)範圍很廣，而且穩定性也相當好。轉換效率方面，若是利用聚光裝置的輔助，目前轉換效率已經可達30%，標準環境測試下最高也已經可達到19.5%，足以媲美單晶矽太陽電池的最佳轉換效率。在大面積製程上，採用軟性塑膠基板的最佳轉換效率也已經達到14.1%。
由於穩定性和轉換效率都已經相當優異，因此被視為是未來最有發展潛力的薄膜太陽能電池種類之一。目前主要的CIS薄膜太陽電池生產技術是採用濺鍍法，成本較高，但是6月底時，美國矽谷的Nanosolar公司宣佈已研發成功以金屬箔為基板，以印刷(就像印報紙)的方式生產CIGS薄膜太陽能電池的技術，可大幅降低生產成本。
CdTe(碲化鎘)
CdTe同樣屬於化合物半導體，電池轉換效率也不差：若使用耐高溫(~600度C)的硼玻璃作為基板轉換效率可達16%，而使用不耐高溫但是成本較低的鈉玻璃做基板也可達到12%的轉換效率，轉換效率遠優於非晶矽材料。此外，CdTe是二元化合物，在薄膜製程上遠較CIS或CIGS容易控制，再加上可應用多種快速成膜技術(如蒸鍍法)，模組化生產容易，因此容易應用於大面積建材，目前已經有商業化產品在市場行銷，轉換效率約11%。不過，雖然CdTe技術有以上優點，但是因為鎘已經是各國管制的高污染性重金屬，因此此種材料技術未來發展前景仍有陰影存在。
GaAs Multijuction(多接面砷化鎵)
在單晶矽基板上以化學氣相沉積法成長GaAs薄膜所製成的薄膜太陽能電池，因為具有30%以上的高轉換效率，很早就被應用於人造衛星的太陽能電池板。新一代的GaAs多接面(將多層不同材料疊層)太陽能電池，如GaAs、Ge和GaInP2三接面電池，可吸收光譜範圍極廣，轉換效率目前已可高達39%，是轉換效率最高的太陽能電池種類，而且性質穩定，壽命也相當長。不過此種太陽能電池的價格也極為昂貴，平均每瓦價格可高出多晶矽太陽能電池百倍以上，因此除了太空等特殊用途之外，預期並不會成為商業生產的主流。
色素敏化染料(Dye-Sensitized Solar Cell)
色素敏化感染料電池是太陽能電池中相當新穎的技術，產品是由透明導電基板、二氧化鈦(TiO2)奈米微粒薄膜、染料(光敏化劑)、電解質和ITO電極所組成。此種太陽能電池的優點在於二氧化鈦和染料的材料成本都相對便宜，又可以利用印刷的方法大量製造，基板材料也可更多元化。不過目前主要缺點一是在於轉換效率仍然相當低(平均約在7~8%，實驗室產品可達10%)，且在UV照射和高熱下會出現嚴重的光劣化現象，二是在於封裝過程較為困難(主要是因為其中的電解質的影響)，因此目前仍然是以實驗室產品為主。然而，基於其低廉成本以及廣泛應用層面的吸引力，多家實驗機構仍然在積極進行技術的突破。
有機導電高分子(Organic/polymer solar cells)
有機導電高分子太陽能電池是直接利用有機高分子半導體薄膜(通常厚度約為100nm)作為感光和發電材料。此種技術共有兩大優點，一在於薄膜製程容易(可用噴墨、浸泡塗佈等方式)，而且可利用化學合成技術改變分子結構，以提昇效率，另一優點是採用軟性塑膠作為基板材料，因此質輕，且具有高度的可撓性。目前市面上已經有多家公司推出產品，應用在可攜式電子產品如NB、PDA的戶外充電上面，市場領導者則是美國Konarka公司。不過，由於轉換效率過低(約4~5%)的最大缺點，因此此種太陽能電池的未來發展市場應該是結合電子產品的整合性應用，而非大規模的太陽能發電。
圖一：目前各種太陽能電池轉換效率發展演進
資料來源：美國國家再生能源實驗室(NREL)
薄膜太陽能電池市場概況
薄膜太陽能電池雖然有材料成本遠低於矽晶圓太陽能電池的優點，但是一方面因為轉換效率不高，二方面目前生產設備相當昂貴，設備成本高出矽晶圓太陽能電池三倍以上，再加上產品壽命都遠不及矽晶圓太陽能電池可長達20年以上的使用壽命，導致目前薄膜太陽能電池並未因材料成本較低而擁有價格優勢。
根據太陽能專業網站Solarbuzz.com的統計，目前(7月份)薄膜太陽能電池模組的平均每瓦售價約在4美元左右，和多晶矽太陽能電池相差相當有限。不過在材料和生產技術不斷加強，以及規模擴大之後，未來成本下降的速度應該會較矽晶圓太陽能電池快速許多。
以美國為例，美國再生能源實驗室(NREL)的目標是在2020年時將薄膜太陽電池成本降至每度電5美分；若與未來結晶矽太陽電池之發電成本每度電仍將高於10美分相比，薄膜太陽電池仍深具市場競爭力。
在市場方面，根據工研院IEK的資料，2004年全球薄膜太陽電池模組產量約63MWp，僅佔全球PV產量5%，其中以美國為最大產地，約佔36.5%，其次為日本佔27.7%。而若以薄膜技術類型來看，非晶矽產品佔最大宗，市佔率約75%，其中以日本佔37%為最大產地，領導廠為Kaneka，其次為美國約佔30%，最大廠為United Solar。
兩家公司的薄膜產品都是採用非晶矽材料，產量佔全球非晶矽太陽電池產量比重分別約為36%和30%。在成長速度方面，目前薄膜太陽能電池模組的成長速度約是和全球太陽能電池產業成長率相當，2005年約成長四成，達88MW；而美國再生能源實驗室(NREL)預測至2009年，其全球年產量可進一步擴大為280MW，並仍以美國產量166MW為最高，其中a-Si技術年產量約55MW。
美國於太陽電池產業之發展規模明顯落後日本及歐洲，但在開發薄膜型太陽電池方面仍然具有領先地位，因此在薄膜太陽能電池未來的成長潛力被廣為看好之下，未來仍有相當機會能重返世界太陽光電產業之領導階級。
圖二：各類型薄膜太陽能電池產量預測
圖三：薄膜太陽能電池市佔率預測
主要廠商動態
1.非晶矽技術方面：2005年全球薄膜太陽電池產業以Kaneka年產能30MW最高，其次為United Solar之25MW。今年United Solar將擴大產能達到50MW，至2010年產能更將達300MW；Kaneka則計劃至2008年將年產能提高為70MW。另一家歐洲太陽電池大廠，SCHOTT Solar，最近亦宣佈將擴大其非晶矽太陽光電模組產能，預計2007年秋天年產能可達30MW。
2.CIS/CIGS技術方面：原來結晶矽太陽電池大廠Shell Solar，在策略轉變之下，將其在加州之單晶矽太陽電池工廠出售給德國SolarWorld AG，轉向發展CIS薄膜太陽電池，其CIS試製品轉換效率可達13.5%。而今年6月在美國的Nanosolar，則在宣佈研發成功以Roll to Roll印刷技術生產CIGS薄膜太陽能電池的同時，宣佈將在明年年底其設立年產430MW的生產線。若果真成功，不僅將成為薄膜太陽能電池全球第一大廠，也將成為僅次於日本Sharp和德國Q-Cell的太陽能電池產業全球第三大廠。此外，日本本田汽車也在去年底宣佈，將在2007年量產CIGS太陽能電池板，初期產能約為27.5MW。
3.其他技術方面：美國First Solar已量產CdTe太陽電池，並穩定維持每年產量約33萬個PV模組，去年年底年產能約20MW，今年將增為40MW、2007年75MW。
至於國內廠商，由於開始研發薄膜太陽能電池技術的時間遠遠落後國外，且目前產業發展重心仍放在結晶矽晶圓型太陽能電池上，因此目前僅有少數廠商仍在研發階段，並沒有廠商具有足夠競爭力的量產技術。由於薄膜太陽能電池具有成本優勢，未來市場的成長速度普遍預期將高於矽晶圓電池，因此未來國內廠商仍需積極加緊研發腳步以抓住龐大商機。
