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现阶段太阳光电产业，80～90%主流产品为“结晶硅太阳电池”。依据制程及成本结构可将供应链区分为多晶硅材(Polysilicon Material)、硅芯片(Wafer)、太阳电池(Solar Cell)、太阳电池模块(PV Module)与太阳光电系统(PV System)等五大项次产业，如图1所示。
有鉴于太阳光电产业之发展，上下游供应链关系密切，故本文将依序简述各项次产业之制程与短期内技术发展趋势，以便读者能全面性、概括性的了解，短期内太阳光电产业之技术发展趋势。
一、硅原料技术发展
多晶硅材从二氧化硅(Silica)二度提纯后的产品，首先，将二氧化硅置于高温电弧炉进行还原，成为98%纯度之冶金级硅材(mg-Si)，而后透过Trichloro Silane 或Mono Silane 的方式，精炼成为多晶硅，成为高纯度之多晶硅材。
多晶硅材透过CZ、FZ 法成为单晶碇，而CZ 法为普遍的一种方式。其中，CZ 法是目前较普遍被使用的方法，与半导体产业使用一样，FZ 方法利用驱融的方式，产生较高纯度且低含氧、成本较高的晶体，价钱也较贵，一般因太阳电池用的硅晶圆质量要求较低，而较少使用。
多晶硅材的使用上，以半导体产业需求量为多，然自2004 后半年，随着太阳光电的急速发展，及半导体景气回升，导致原料供应不敷需求。然就太阳光电产业而言，普遍被使用之结晶硅太阳电池则包含多晶、单晶太阳电池，由于单晶硅纯度较高，制造成本较高，相对作为太阳硅晶体电池所能转换太阳光能之效率亦较多晶硅高。2004 年由于太阳光电产业发展刚起步，因此相较于半导体产业对于晶圆片之需求较小，加上成本考虑，太阳光电所用之晶圆片多由半导体产业之废次晶圆和头尾料再处理所产生。
其中，太阳电池所用的基板-硅芯片(Silicon Wafer)规格的要求是强调低成本，在硅原料取得及规格上与半导体硅晶圆所用硅原料，相对可接受较低的纯度。于制程角度观之，以西门子制程所产出之半导体的多晶硅材，成本约为25-30 US$/kg，太阳能级多晶硅材则为20～25 US$/kg。
随着多晶硅材缺料情形日趋严重，太阳电池用的多晶硅来源，部分来自半导体硅晶圆制程时所去除的规格外品及头尾料。包括：纯化过程的不合格品及硅晶拉成后所切下的头尾料，利用这些规格外品及废料再重融结晶，得到太阳电池所用的硅晶锭(Silicon Ingot)。然而，由于硅原料仰赖半导体产业供应不合格品(Off-Spec)，货源不稳定，且数量也有限，限制产业成长。
因此，为了降低多晶硅材制造成本，提升产量，多晶硅材技术的发展上，由冶金开始，可选择直接提炼成为太阳光电级可使用的硅材，称其为SOG，成为太阳光电级所需之硅晶圆；另外，有部分来源，可由半导体硅晶圆制程中所产生的废料，进一步投入于太阳光电产业来使用。
1999 年日本由川崎制铁等７家厂商联合组成(SOG)技术发展协会，直接由冶金硅精制纯化，发展Solar-Grade Silicon，另外GE Solar 也和Elkem 策略联盟开发低成本的Solar-Grade Silicon，成本为现有产品的60～70%。
随着技术的发展趋势，2005 年已有小幅产量出现，由PV Silicon数据显示，针对太阳光电所研发之多晶硅材(Solar-Grade Silicon)，产量由2005 年起，预期将有显著提升的趋势。预期至2010 年，半导体产业供应不合格品(Off-Spec)仍维持稳定的比例，而Solar GradeSilicon 俨然成为太阳光电主要硅材来源之一。
二、硅芯片技术发展
随着晶体结构的差异，硅芯片可分为“单晶硅硅片”与“多晶硅硅片”两类，硅芯片之制造过程如图５所示。
硅原料熔融后再利用硅晶种拉晶方式制作成单晶硅晶锭，经切割后就成为“单晶”(Mono-Crystalline) 硅芯片。而“多晶”(Multi-Crystalline)硅芯片，则为硅原料熔融后缓慢冷却凝固制作成多晶硅晶锭，经切割后形成。简而言之，单晶棒以提拉方式成形，而多晶碇则以较低温之铸凝成形。
然随着硅芯片制造过程中，会有部分材料经由损耗而被浪费。由图６可知，以多晶硅片制造过程中，晶碇切块时，约略损失30%，切片时，又将耗损34%，而后，进入太阳电池制程后，则进一步耗损4%；因此，整个制程下来，硅材损耗总和为68%，比例相当惊人。其中，又以晶棒切割为硅晶圆制成损失最巨。有鉴于此，硅芯片的技术发展趋势如下所述：
1. 良率提升
2. 降低线锯损失
3. Wafer 变薄(300μm～150μm)
4. Slurry 用量减少，及提升再利用效率
5. 量产大尺寸芯片
6. 降低缺陷密度
7. 提高载子寿命
技术发展上，将朝向(1)硅芯片薄化、(2)减少硅材消耗损失、(3)回收再利用技术，及(4)低制造成本、高效率技术。为减少硅材消耗的损失，制程技术上则发展出SR(String Ribbon)、EFG(Edge defined Film-fed Growth)，及Ribbon-Growth-on-Substrate Silicon Wafer casting Technology (RGS)三种方式。
其中，RGS 如图７所示。由于切块/切片耗损的比例很高，因此，RGS 则运用Ribbon 滚动条传递的方式，上方摆置铸造框(Casting frame)，当硅材藉由传输滚动条通过，藉由Gassing 及Annealing，则会成为300μm的硅芯片，排除切块与切片的程序，如此一来，硅材使用率则会提升至90%左右。
而图８则为SR 的制程。为了避免硅材耗损，其则运用设备(String Ribbon Production Furnaces)，使硅材于融化炉中成为液态，藉由Solid-Melt Interface 接口，直接由熔融硅原料拉出带状的多晶硅芯片。而EFG 则运用EFG Custom Equipment，将硅材制作成八方体空心型态，再切割成为一片片的硅芯片(如图９)。
而上述三种技术之速度、生产力及熔炉等特性如表２所示。
由Dertsche Solar AG 公司的Dr. Armin Müller 于2005 年第一届International Advanced PV Manufacturing Technology Conference 中说明，影响太阳电池转换效率之重要因子包含：杂质与硅晶体排列不齐一，所产生的“Crystal defects”(结晶缺陷)及“Impurities”，例如：氧含量、碳含量及少数载子的寿命等，都将会藉由影响晶棒的生长技术，进一步影响太阳电池转换效率之高低。
总结上文所述，多晶硅材目前发展方向，主要提升其生产效益。现阶段，有鉴于多晶硅材价格昂贵，硅芯片的制造技术发展上，则以强化多晶硅材的使用效率为主。
下篇，则将进一步简述“太阳电池”、“太阳电池模块”与“太阳光电系统”之制程与技术发展趋势。
有鉴于太阳光电产业之发展，上下游供应链关系密切，故本文将依序简述各项次产业之制程与短期内技术发展趋势，以便读者能全面性、概括性的了解，短期内太阳光电产业之技术发展趋势。
一、硅原料技术发展
多晶硅材从二氧化硅(Silica)二度提纯后的产品，首先，将二氧化硅置于高温电弧炉进行还原，成为98%纯度之冶金级硅材(mg-Si)，而后透过Trichloro Silane 或Mono Silane 的方式，精炼成为多晶硅，成为高纯度之多晶硅材。
多晶硅材透过CZ、FZ 法成为单晶碇，而CZ 法为普遍的一种方式。其中，CZ 法是目前较普遍被使用的方法，与半导体产业使用一样，FZ 方法利用驱融的方式，产生较高纯度且低含氧、成本较高的晶体，价钱也较贵，一般因太阳电池用的硅晶圆质量要求较低，而较少使用。
多晶硅材的使用上，以半导体产业需求量为多，然自2004 后半年，随着太阳光电的急速发展，及半导体景气回升，导致原料供应不敷需求。然就太阳光电产业而言，普遍被使用之结晶硅太阳电池则包含多晶、单晶太阳电池，由于单晶硅纯度较高，制造成本较高，相对作为太阳硅晶体电池所能转换太阳光能之效率亦较多晶硅高。2004 年由于太阳光电产业发展刚起步，因此相较于半导体产业对于晶圆片之需求较小，加上成本考虑，太阳光电所用之晶圆片多由半导体产业之废次晶圆和头尾料再处理所产生。
其中，太阳电池所用的基板-硅芯片(Silicon Wafer)规格的要求是强调低成本，在硅原料取得及规格上与半导体硅晶圆所用硅原料，相对可接受较低的纯度。于制程角度观之，以西门子制程所产出之半导体的多晶硅材，成本约为25-30 US$/kg，太阳能级多晶硅材则为20～25 US$/kg。
随着多晶硅材缺料情形日趋严重，太阳电池用的多晶硅来源，部分来自半导体硅晶圆制程时所去除的规格外品及头尾料。包括：纯化过程的不合格品及硅晶拉成后所切下的头尾料，利用这些规格外品及废料再重融结晶，得到太阳电池所用的硅晶锭(Silicon Ingot)。然而，由于硅原料仰赖半导体产业供应不合格品(Off-Spec)，货源不稳定，且数量也有限，限制产业成长。
因此，为了降低多晶硅材制造成本，提升产量，多晶硅材技术的发展上，由冶金开始，可选择直接提炼成为太阳光电级可使用的硅材，称其为SOG，成为太阳光电级所需之硅晶圆；另外，有部分来源，可由半导体硅晶圆制程中所产生的废料，进一步投入于太阳光电产业来使用。
1999 年日本由川崎制铁等７家厂商联合组成(SOG)技术发展协会，直接由冶金硅精制纯化，发展Solar-Grade Silicon，另外GE Solar 也和Elkem 策略联盟开发低成本的Solar-Grade Silicon，成本为现有产品的60～70%。
随着技术的发展趋势，2005 年已有小幅产量出现，由PV Silicon数据显示，针对太阳光电所研发之多晶硅材(Solar-Grade Silicon)，产量由2005 年起，预期将有显著提升的趋势。预期至2010 年，半导体产业供应不合格品(Off-Spec)仍维持稳定的比例，而Solar GradeSilicon 俨然成为太阳光电主要硅材来源之一。
二、硅芯片技术发展
随着晶体结构的差异，硅芯片可分为“单晶硅硅片”与“多晶硅硅片”两类，硅芯片之制造过程如图５所示。
硅原料熔融后再利用硅晶种拉晶方式制作成单晶硅晶锭，经切割后就成为“单晶”(Mono-Crystalline) 硅芯片。而“多晶”(Multi-Crystalline)硅芯片，则为硅原料熔融后缓慢冷却凝固制作成多晶硅晶锭，经切割后形成。简而言之，单晶棒以提拉方式成形，而多晶碇则以较低温之铸凝成形。
然随着硅芯片制造过程中，会有部分材料经由损耗而被浪费。由图６可知，以多晶硅片制造过程中，晶碇切块时，约略损失30%，切片时，又将耗损34%，而后，进入太阳电池制程后，则进一步耗损4%；因此，整个制程下来，硅材损耗总和为68%，比例相当惊人。其中，又以晶棒切割为硅晶圆制成损失最巨。有鉴于此，硅芯片的技术发展趋势如下所述：
1. 良率提升
2. 降低线锯损失
3. Wafer 变薄(300μm～150μm)
4. Slurry 用量减少，及提升再利用效率
5. 量产大尺寸芯片
6. 降低缺陷密度
7. 提高载子寿命
技术发展上，将朝向(1)硅芯片薄化、(2)减少硅材消耗损失、(3)回收再利用技术，及(4)低制造成本、高效率技术。为减少硅材消耗的损失，制程技术上则发展出SR(String Ribbon)、EFG(Edge defined Film-fed Growth)，及Ribbon-Growth-on-Substrate Silicon Wafer casting Technology (RGS)三种方式。
其中，RGS 如图７所示。由于切块/切片耗损的比例很高，因此，RGS 则运用Ribbon 滚动条传递的方式，上方摆置铸造框(Casting frame)，当硅材藉由传输滚动条通过，藉由Gassing 及Annealing，则会成为300μm的硅芯片，排除切块与切片的程序，如此一来，硅材使用率则会提升至90%左右。
而图８则为SR 的制程。为了避免硅材耗损，其则运用设备(String Ribbon Production Furnaces)，使硅材于融化炉中成为液态，藉由Solid-Melt Interface 接口，直接由熔融硅原料拉出带状的多晶硅芯片。而EFG 则运用EFG Custom Equipment，将硅材制作成八方体空心型态，再切割成为一片片的硅芯片(如图９)。
而上述三种技术之速度、生产力及熔炉等特性如表２所示。
由Dertsche Solar AG 公司的Dr. Armin Müller 于2005 年第一届International Advanced PV Manufacturing Technology Conference 中说明，影响太阳电池转换效率之重要因子包含：杂质与硅晶体排列不齐一，所产生的“Crystal defects”(结晶缺陷)及“Impurities”，例如：氧含量、碳含量及少数载子的寿命等，都将会藉由影响晶棒的生长技术，进一步影响太阳电池转换效率之高低。
总结上文所述，多晶硅材目前发展方向，主要提升其生产效益。现阶段，有鉴于多晶硅材价格昂贵，硅芯片的制造技术发展上，则以强化多晶硅材的使用效率为主。
下篇，则将进一步简述“太阳电池”、“太阳电池模块”与“太阳光电系统”之制程与技术发展趋势。