快速成長的薄膜太陽能電池

重點摘要

薄膜太陽能電池不受限於以矽為原料：

目前傳統太陽能電池 是以矽為原料的矽晶太陽能電池，但在原料多晶矽價格高漲下，用矽較少的矽薄膜電池以及完全不需用矽而使用其他材 料的碲化鎘、銅銦硒/銅銦鎵硒(CIS/CIGS)、三五族化合物(例如砷化鎵)及染料敏化電池等，為太陽能電池的另一發展趨勢，其中矽薄膜太陽能電池為目前主流技術。

薄膜太陽能電池成長性高，BIPV為其重要應用：

預估2008年產量可達800.6MW，年成長率68.19%，2009年可再成長59.61%，在整體太陽能電池產量的市佔率可突破1/5達22.5%，在市佔率不斷提高下，顯見薄膜太能電池的成長力道強勁。由於薄膜太陽能電池的質輕、可撓、可透光的特性可作廣泛的應用，其中與建材結合，成為建材一體型太陽能 電池(BIPV)將是薄膜太陽能的最大利基應用。預估2015年薄膜太陽能電池的最大應用將是 BIPV，佔整體薄膜太陽能電池應用的45%。

國內業者切入以矽薄膜技術為主：

全球前十大薄膜廠商所使 用的技術中，除了美國First Solar以碲化鎘，德國Wurth Solar以CIGS為主之外，其餘8家廠商均以矽薄膜技術為主，而 國內廠商亦有相同情況，其中綠能、聯相、宇通、旭能、奇美能源、富陽、大億光能以發展矽薄膜技術為主，另有永大 投入染料敏化電池技術，川飛、亞化、新能光電投入銅銦鎵 硒太陽能電池技術。

投資建議：

綠能(3519) PER 10~15X 區間操作

益通(3452) PER 15X 買進

一、前言

現階段太陽能電池中，以矽晶圓式太陽能電池為主流，2007矽晶圓式太陽能電池安裝量佔整體太陽能電池安裝量九成。而近幾年來在環保意識高升與各國政府推出各種補貼政策下，太陽能電池需求大幅成長，因而使得矽晶圓式太陽能電池最上游原料多晶矽有供不應求的狀況，多晶矽價格一路攀升，因而使得多家太陽能廠商投入用矽較少或以非矽原料的薄膜太陽能電池的研究與開發。雖然薄膜太陽能電池的出貨量仍遠低於矽晶圓式太陽能電池，但薄膜太陽能電池具有成本低與多用途應用之優點，因而薄膜太陽能電池的成長率有高於整體太陽能產業的情況。

二、薄膜太陽能電池簡介

薄膜太陽能電池的應用材料不受限於矽

太陽能電池依其使用的材料種類可分為以矽為材料與非矽材料兩大類，而矽晶材料電池依據其晶格排列方式又可分為單晶矽、多晶矽、非晶矽三種。其中單晶與多晶屬於矽晶圓式太陽能電池，而非晶矽則應用於薄膜太陽能電池。非矽材料的部分則可分為化合物電池、有機、無機材料均可應用於薄膜太陽能電池。

圖一、太陽能電池材料分類圖

資料來源：IBTS整理

目前展望較佳的太陽能薄膜電池則以矽薄膜電池、碲化鎘、銅銦硒/銅銦鎵硒(CIS/CIGS)、三五族化合物(例如砷化鎵)及染料敏化電池。其中矽薄膜太陽能電池為目前主流技術，而碲化鎘太陽能電池在美國 First Solar的成功銷售下，2007年成為出貨量最大的薄膜太陽能電池，CIGS太陽能電池雖有轉換效高的優點，但由於量產經驗不足，目前市佔率仍低。另外三五族的砷化鎵太陽能電池轉換效率雖高，但成本高，目前以應用於航太領域為主，染料敏化電池則尚未大量 生產。

矽薄膜太陽能電池

非晶矽(amorphous silicon)薄膜太陽能電池已發展超過30年，最早商品化的矽薄膜太陽能電池使用在計算機、手錶等產品上，矽薄膜太陽能電池中矽的結晶排列雜亂，相對結晶矽太陽能電池中的矽則排列較為規則。矽薄膜太陽能的製程不同於矽晶太陽能電池需經過長晶、切晶、製成Cell與模組化等程序，矽薄膜太陽能電池有六道製程，首先在玻璃基板上形成一層透明導電氧化物薄膜(TCO)，其次以雷射將此薄膜圖形化；第三步則是以電漿式化學氣相沈積法(Plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD)在TCO上進行矽薄膜的連續鍍膜，接著再以雷射將矽薄膜圖形化，然後再以物理氣相沈積法(Physical Vapor Deposition，PVD)在矽薄膜上進行金屬鍍薄，最後再以雷射把金屬薄膜圖形化，完成之後，各個電池間就可藉著金屬與TCO薄膜相連接，在玻璃上形成模組且進行封裝後完成薄膜太陽能電池模組。

以往矽薄膜太陽能電池為單層非晶矽技術，由於非晶矽具有較佳的光吸收能力，因此僅需較薄的吸收層，但紅光及紅外光等能量較小光源則無法吸收而限了其轉換效率，轉換效率約6~7%，另外矽薄膜由於其結構的影響而有光劣化的問題，在使用後的短時間內效率會衰退15~35%。為提升轉換效率，目前太陽能廠商多以結合微晶矽的堆疊式(a-Si/uc-Si，Tandem)技術製造，轉換效率可達8~10%，近期甚至已有三層結構(triple structure)的產品，而基板材料也從玻璃 增加了可撓式金屬基板。

圖二、矽薄膜太陽能電池結構

資料來源：SHARP、IBTS整理

碲化鎘(CdTe)太陽能電池

碲化鎘(Cadmium Telluride，CdTe)薄膜太陽能電池為市場上另一已實際量產的薄膜太陽能電池，目前由美國First Solar一家獨大的局面，電池結構與非晶矽太陽能電池相似，只是以碲化鎘代替矽。碲化鎘太陽能電池的製程一開始與矽薄膜太陽能相似，先在玻璃基板上形成TCO，再利用成本較低的技術如CSS法或VTD等方法形成CdS層與CdTe層，並塗佈一層CdCl2達到活性化效果。CdTe太陽能電池雖有生產成本底的優勢，但因對鎘所帶來的重金屬污染有所疑慮，因此目前全球生產的廠商僅美國First Solar與德國ANTEC Solar等少數廠商，且目前均使用硬式的玻璃基板，尚未有可撓式產品上世。

銅銦硒/銅銦鎵硒(CIS/CIGS)太陽能電池

銅銦鎵硒(Copper Indium Gallium Diselenide，CIGS)薄膜太陽能電池在早期以銅、銦、硒三種元素組成為主，形成銅銦硒太陽能電池(CuInSe2，CIS)，後續才加入鎵或硫而製成轉換效率較佳的銅銦鎵硒(CuInGaSe2，CIGS)太陽能電池，目前實驗室效率可達19.2%%，而大面積模組的效率最高可約可達13%。銅銦鎵硒太陽能電池的最大問題在於銦的礦藏有限，加上硫化硒與鎘的毒性與這四種材料不易精密控制，使得CIGS太陽能電池未能大量生產。在結構上，CIGS太陽能電池結構與其他薄膜太陽能電池最大的不同處在於其玻璃基板是在最底層，非在受光面，如圖三。

圖三、薄膜太陽能電池結構比較

資料來源：IEK、IBTS整理

染料敏化太陽能電池(DSSC)

染料敏化電池(Dye-Sensitized Solar Cell，DSSC)由於結構簡單，具有材料成本低及製程簡單的優點，而且還可以用印刷方式進行大面積的大量生產。由於所使用的是有機染料，因此DSSC另有有機染料太陽能電池的名稱。染料敏化電池的結構由兩片玻璃基板、兩片TCO與電極，而與其他薄膜太陽能電池最大的不同在於其中間使用液態的電解液、再加入光觸媒與染料，其中電極材料以鉑為主，電解液則以碘離子(I3-/I-)為主，另外以奈米二氧化鈦(TiO2)做為光觸媒，利用染料吸收太陽光，達成太陽能發電。目前為了增加實用性，已開始發展由可撓式基板取代玻璃基板，以膠態電解液甚至是固態電解液取代液態電解液。

圖四、染料敏化太陽能電池結構

資料來源：材料世界網(12/2007)、工業材料雜誌(05/2008)、IBTS整理

三、全球薄膜太陽能電池發展現況

薄膜太陽能電池成長性佳

薄膜太陽能電池隨著太陽能電池需求急增而快速成長，加上矽晶太陽能電池所需之料源(多晶矽)因缺貨而價格大漲下，多家廠商投入用矽量較少或完全不需使用矽料的薄膜太陽能電池的研發生產。由於薄膜太陽能電池不受限於使用矽原料且應用範圍廣，因此成長性較傳統矽晶太陽能電池佳。

以IEK的資料顯示2007年薄膜太陽能電池的產量為476MW，佔整體太陽能電池產量的17%，2008年產量可達800.6MW，年成長率68.19%，2009年可再成長59.61%，在整體太陽能電池產量的市佔率可突破1/5達22.5%，在市佔率不斷提高下，顯見薄膜太能電池的成長力道強勁。

圖五、薄膜太陽能電池產量與市佔率預估

資料來源：IEK(11/2007)、工業材料雜誌(03/2008)、IBTS整理

薄膜太陽能電池的優點

薄膜太陽能電池由於厚度約僅一般矽晶太陽能電池的1/100~1/600(圖六)，因此重量較輕，應用於建築物上時，可減少建築物的壓力，加上其可封裝於可撓式基板，因此可製成輕薄的產品應用於可攜式物品或與其他產品整合。另外由於材料需求少且可連續製程製造，因此原料成本較傳統矽晶太陽能電池低。薄膜太陽能電池由於有較低的溫度係數，轉換效率較不受氣溫影響，且受照度影響較小，在低照度下仍可維持較佳的轉換效率。另外薄膜太陽能電池可製成可透光模組，整合應用在建築的玻璃上。

圖六、非晶矽薄膜與一般矽晶太陽能電池厚度比較

資料來源：Kaneka

建材一體應用為薄膜太陽能電池的重要應用

一般矽晶太陽能電池可應用於市電併網、離網應用、特殊應用，其中市電併 網型應用為目前主流，主要是因為各國政府補助政策以市電併網型為主。薄膜太陽能電池亦可作為以上應用，且相較於矽晶太陽能電池只能使用硬式玻璃基板， 薄膜太陽能電池的質輕、可撓、可透光的特性可作廣泛的應用，其中與建材結合，成為建材一體型太陽能電池(Building-integrated photovoltaic，BIPV)將是薄膜太陽能的最大利基應用。不同類型的薄膜太陽能電池有其最適用之應用市場，但其本均以商業用或居住用併網型為主，而以IEK的研究數據顯示，2015年薄膜太陽能電池的最大應用將是BIPV，產值可達32.37億美元，佔整體薄膜太陽能電池應用的45%，將應用在併網型的居住、商業及工業建築上。

表一、各類薄膜電池之最佳應用

資料來源：IEK(01/2008)、工業材料雜誌(03/2008)、IBTS整理

圖七、薄膜太陽能電池各項應用產值預估

資料來 源：IEK(02/2008)、IBTS整理

薄膜太陽能電池的能源償付期短

除了用矽料較少或完全不需用矽之外，薄膜太陽能電池的另一優勢為能源償付期間(Energy Pay-Back Time)較傳統矽晶太陽能電池短，相較於矽晶太陽能電池在生產多晶矽與矽晶圓時的高耗電，能源償付期間需2.2年~2.7年，非晶矽太陽能電池的能源償付期間僅需1.1年；日本薄膜太陽能電池大廠Kaneka公的統計為1.6年(圖八)，而碲化鎘太陽能電池1年，而銅銦鎵硒太陽能電池的能源償付期間更短，僅需0.9年(表二)。

圖八、能源償付期間預估

資料來源：Kaneka

表二、各類型太陽能能源償付期間

資料來源：IEK(12/2007)、IBTS整理

薄膜太陽能電池的最大成本來自於設備支出

薄膜太陽能電池雖具有原料成本的優勢，但在實際建置時，由於薄膜沈積製程設備昂貴，因此整體薄膜電池設備支出約矽晶圓太陽能電池設備的二~四倍。以IEK的研究數據，建置25MW的廠，矽薄膜技術生產線需投資約15億元，而矽晶圓太陽能電池則投資約3~5億元。若以100MW的電池模組裝置成本估計，薄膜較矽晶電池的設備成本多出約一~二倍(表三)。若是32MW堆疊式矽薄膜太陽能電池中電池設備即佔了成本結構中的29%，若是15W的CIGS薄膜模組，設備即佔了32%，顯示薄膜太陽能電池設備為其最大成本支出。

表三、建置100MW模組生產線所需成本估算(美元/W)

資料來 源：IEK(11/2007)、工業材料雜誌(03/2008)、IBTS整理

矽薄膜技術為目前薄膜技術主流

統計2007年全球前十大薄膜太陽能電池廠出貨量，美國First Solar以200MW的產量排名第一，相較於出貨量第二大的United Solar出貨量僅48MW，First Solar遠超過其他薄膜太陽能電池廠，且為唯一以薄膜技術可排名至全球前十大太陽能電池廠的公司(包含矽晶圓、薄膜)。而前十大薄膜廠商所使用的技術中，除了美國First Solar以碲化鎘，德國Wurth Solar以CIGS為主之外，其餘8家廠商均以矽薄膜技術為主，2007年矽薄膜佔薄膜比重約63%，顯見薄膜技術仍為薄膜技術的主流。

圖九、前十大薄膜太陽能電池廠

資料來源：IEK、IBTS整理

國內業者積極切入

由於矽薄膜太陽能電池的技術為各項薄膜技術中較為成熟者，加上相關設備廠可提供Turnkey的服務，因此台灣廠商切入薄膜領域以矽薄膜太陽能電池為主。國內第一家投入薄膜太陽能電池的為光華開發投資的大豐能源(1988年成立)，而上市(櫃)公司中則有綠能、益通、聯電、中環等相繼投入此一領域。

國內業者中綠能使用美國應材的設備，並採8.5代面板規格；聯相、大億光能則 採用日商ULVAC 的設備；宇通光能與富光電陽則採用瑞士廠商Oerlikon的設備。各種薄膜太陽能電池技術中，綠能、聯相、宇通、旭能、奇美能源、富陽、大億光能以矽薄膜技術為主，另有永大投入染料敏化電池技術，川飛、亞化、新能光電投入銅銦鎵硒太陽能電池技術。

表四：國內相關廠商切入薄膜領域概況

資料來源：IEK(12/2007)、工業材料雜誌(03/2008)、各公司、IBTS整理

四、結論

在現有石化能源有限及環保意識高漲下，太陽能產業趨勢確定向上，雖然主流產品仍為矽晶太陽能電池，但在全球多晶矽產能不足、價格高漲下，使用矽原料極少或完全不需使用矽原料的薄膜太陽能電池為另一選擇，目前主流薄膜技術為矽薄膜太陽能電池。

薄膜太陽能電池由於應用範圍廣，且有材料成本低與輕、薄、可透光等特性，因此結合建材一體的BIPV為薄膜技術的利基型應用。在多家廠商投入下，薄膜太陽能電池成長率優於整體太陽能電池產業，預期在2009年之後在太陽能產業的市佔率可達20%以上。

國內相關業者以投入矽薄膜相關技術的廠商家數較多，主要是矽薄膜技較為成熟，且可購買整廠設備；但相對來說國內廠商亦對相關設備廠商依賴度較高。由於購置薄膜太陽能電池設備成本高，因此將壓縮薄膜廠商的獲利。

國內專業太陽能廠商目前僅綠能(3519)將在 2009年開始量產，而益通(3452)則轉投資宇通光能，將在4Q08底開始量產，由於益通除了投資宇通之外，在原有矽晶太陽能電池領域的垂直整合度較佳，建議買進。

五、重點股

綠能(3519)

營運概況

綠能目前產線有80台長晶爐，2008年目標產能為200MW。綠能的營運策略是以供貨給合約客戶為主，以長久穩定的出貨為優先考量，且在03/2008、04/2008與9家客戶簽定長達8年，總金額約15億美金的供貨合約，07/2008再與與韓國廠商DC Chemical簽訂八年美金8.58億元供料合約，以提升合約料源比例。

綠能的產品是以多晶wafe為主，不同於國內其它wafer廠中的合晶以單晶為主，而中美晶則單、多晶並重。由於營運策略與料源掌握度的關係，綠能的經營以代工為主，2007年代工的比例約 80%，1Q08則在60%~70%，預期 2H08的代工比例將再拉升至 80%以上。在自有料原掌握上，僅30%~40%，較另外兩家wafer廠低。在市場料源仍吃緊下，公司在衡量目前料源掌狀況下，2008~2009年尚無進一步增加長晶爐的計畫，僅準備透過製程將目前生產晶碇的重量由目前的270公斤增加至450公斤，來增加多晶片的產出量。另外由於內蒙的電價 度電不到台灣一半的價格，綠能在內蒙設立長晶廠，目標產能為1GW，預計大陸所需佔50%。

由於公司的營運策略，加上長約客戶價格已訂定，預期下半年晶圓出貨的合約價格將維持穩定，營收不易再隨現貨市場價格大幅波動。預估3Q08營收為23.97億元，QoQ+4.07%，4Q08營收則與3Q08持平，預估4Q08營收23.51億元。

由於傳統矽晶圓太陽能電池受到多晶矽原料短缺的限制，綠能在看好薄膜太 陽能電池發展下，與美國應材合作切入矽薄膜太陽能電池領域。目前薄膜製程的主核心設備PECVD(化學氣相沈積)已在05/2008入廠裝機，將於12/2008進入量產，產能為30MW，4Q09產能為50MW，目前預期轉換效率約6%，目前接獲訂 單將是2009年非晶矽薄膜太陽能面板產能的4倍，薄膜太陽能電池將從2009年起成為綠能的另一營收成長動能。

獲利預估

預估2008年營收90.06億元，YoY+78.61%，而毛利率則在代工比例逐季走升下，預期3Q08~4Q08的毛利率將低於2Q08，預估全年毛利率為25.1%，稅後淨利14.21億元，稅後 EPS13.25元。2009年在加入薄膜產品銷售及部分長晶爐 擴充下，預估2009年營收為97.63億元，毛利率23.3%，稅後淨利15.11億元，稅後EPS14.08元。

綠能財務預估表

資料來源：IBTS預估整理

益通(3452)

營運概況

2008年多晶矽的供給仍吃緊，下游電池廠對料源的掌握度為其獲利能力的關鍵，因此料源的取得為太陽能業者最重要的課題。益通為維持其獲利並提升其競爭力，積極進行垂直整合。除轉投資美國晶圓廠ADEMA之外，並投入2億元參與M.Setek第二座多晶矽廠的興建，未來將取得約當此座多晶矽廠總產量之50%(每年至少1500噸)多晶矽原料，益通對未來料源的掌握程度將可提升。除向上整合之外，另外益通亦對下投資模組廠生耀與系統廠Gloria，為國內垂直整合度較佳的廠商之一。

圖十、益通垂直整合示意圖

資料來源：益通、IBTS整理

益通在4月起向料源供應商M.Setek取得多晶矽後，料源掌握狀況已好轉；公司表示在M.Setek供貨狀況符合預期下，2008年所需料源已可完全掌握(表五)，加上目前產能已達230MW，4Q08產能可達320MW，因此2H08營收將可逐季成長，IBTS預估3Q08營收與4Q08營收分別為44.93億元與48.63億元。由於自有料源比重將可逐季提升，預估4Q08自有料源比重將可達80%，毛利率亦將逐季走升，預估3Q08毛利率16.76%，而4Q08毛利率可達 16.46%。

表五、益通2008年料源規劃

資料來源：益通、IBTS整理

益通與光寶、漢民、神通合資成立宇通，益通持股宇通光能23.86%，使用Oerlikon的Turn Key設備之後，漢民為設備商可提升第二條線設備自製比率，神 通提供所需使用氣體，以及光寶的集團資源，雖然短期獲利貢獻低，但宇通為益 通長期策略性佈局。09/2008裝機，4Q08開始小量產生產，產能為60MW，產品8-10%的轉換效率。

獲利預估

由於M.Setec供料順利，IBTS預估益通2008年營收149.07億元，毛利率16.29%，稅後淨利16.83億元，EPS16.66元。在新產能開出下，預估2009年出貨成長65.89%，營收196.73億元，YoY+31.97%，毛利率14.98%，稅後淨利21.16億元，EPS20.95元。

益通財務預估表

資料來源：IBTS預估整理

投資評等說明