1、結晶矽太陽能電池產業發展現況 由於全球溫室效應持續惡化，對於經濟、工業、生態等方面產生重大且負面的影響，引發嚴重的災害並造成重大的損失，為了減少溫室氣體的排放量，並且降低對於石化燃料的依賴，發展替代性能源已成為全球各國家一致性的目標。現階段，太陽能的利用已進展到相當成熟的階段，使得太陽能在替代性能源方面扮演吃重的角色；另一方面，搭配各國的優惠政策，使得太陽能市場的需求面仍維持向上成長的態勢，進而推動太陽能電池產業的持續成長。目前整個產業仍以結晶矽產品為主，雖然整體產業成長力道仍然強勁，但在市場、技術、廠商各方面已然出現變化，對於整個業界的影響，仍有待評估。本文將針對 2006 年第四季至 20
2、07 年第一季中產業出現的變化提出相關的分析和看法，期望對於各界先進能有所助益，進而關注這些變化對於台灣太陽能產業的影響。 全球多晶矽市場供需預測圖 Source：拓墣產業研究所整理，2007/03 一. 2007 年全球太陽能產業成長力道仍然維持強勁的態勢 全球太陽能產業在經歷 2004 年和 2005 年強勁的成長後，隨著德國和日本二大主要市場需求減緩，相關的補貼政策逐年降低或是取消，使得投資人對於 2006 年全球太陽能產業是否可以維持成長力道產生質疑。但是，太陽能產業在 2006 年繳出一張漂亮的成績單，整體產業鏈上、中、下游均呈現上揚的局面，一掃先前質疑的聲浪，並且對於未來的發展保持
3、審慎樂觀的態度。 (一) 全球多晶矽缺口持續擴大 根據拓墣產業研究所(TRI)的估計，2006 年全球多晶矽的產量達到 4 萬 4,000 噸，較 2005 年的 3 萬 7,950噸成長 12.1%；但在需求方面，半導體產業 2006 年的需求達到 2 萬 1,500 噸，而太陽能產業則為 2 萬2,800 噸， 2006 年供需方面的缺口達到 300 噸。展望 2007 年，預期太陽能市場持續成長，全球太陽能電池廠均大舉擴充產能，為確保原料來源穩定，各大太陽能電池廠均跟上游電子級矽礦提供商簽下長期供貨合約，對於電子級矽礦的需求將持續擴大；另一方面，半導體產業仍維持穩健的成長力道，並且 12
4、吋廠的比重持續增加，對於晶圓的需求也持續增高，間接提高對於電子級矽礦的需求，TRI 預估 2007年電子級矽礦供需失衡的問題將更加嚴重，於 2008 年底至 2009 年初將到達高峰，而自 2009 年第二季起，隨著主要電子級矽礦生產者新建產能陸續開出，供需失衡的狀況將可獲得解決。 圖一 全球多晶矽市場供需預測圖 Source：拓墣產業研究所整理，2007/03 由於 2004 年以來太陽能產業需求呈跳躍式的成長，使得全球電子級矽礦和廢晶圓的庫存急速減少，造成全球電子級矽礦的價格持續上揚。特別是 2005 年後由於全球太陽能電池製造商陸續跟Hemlock、Tokuyama、REC、Wacker
5、、MEMC 等大廠簽定長期供貨合約，更讓現貨市場價格持續狂飆，而長期合約價也受到現貨市場價格飆漲的影響，也持續向上攀升，但 TRI 認為，多晶矽價格上漲的情況將在 2009 年趨緩甚至有產生反轉的可能。 圖二 全球多晶矽價格示意圖 Source：PV News；拓墣產業研究所整理，2007/03 (二) 全球太陽能模組市場需求增溫 根據 TRI 的觀察，扣除模組封裝與其他作業時的耗損，2006 年全球太陽能模組的產出約為 1,870MW，對照市場的需求，大致上呈現供需平衡的情形；而在市場價格方面，受到原物料價格上漲和終端市場面臨價格下降的壓力，2006 年全球太陽能模組市場報價仍然呈現微幅上揚
6、的狀況，但根據 TRI 的調查發現，模組的售價無法完全反應原物料成本的轉嫁，使得廠商的獲利呈現下滑的狀況。TRI 的觀察，模組市場在 2007 年和 2008 年的供需狀況跟 2006 年大致相同，但自 2009 年起，受到缺料情形獲得改善以及新產能陸續開出，一旦北美市場和新興市場的成長不如預期，加上德國和日本市場的成長力道趨緩，模組市場可能產生供過於求的狀況。 圖三 全球太陽能模組市場狀況 Source：拓墣產業研究所，2007/03 二. 新技術商業化的進度攸關結晶矽太陽能電池的未來發展 伴隨著太陽能產業自 2004 年起爆炸性的成長，多晶矽缺料的情形也日漸嚴重，為了降低缺料對於整體產業和
7、各別廠商的影響，全球相關的研究機構不斷地研發新的應用技術，冀望減緩多晶矽缺料所衍生的問題。目前已被廣泛使用的技術大都以增加多晶矽的使用效率為主，如降低晶圓的厚度、減少切割和封裝的耗損、和提高轉換效率等，雖然已有成效，卻無法完全解決缺料的問題。因此，像冶金級矽純化技術和封閉式流體床反應爐等解決方案被提出時，即受到產業界的注意。 (一) 冶金級矽需經純化後方可用於太陽能產業 矽礦在開採後，利用熔爐提煉而產生的矽，即是所謂冶金級矽，其純度在 98%99.5%之間，然此純度的矽仍無法用於半導體或太陽能產業，需再經過純化和提煉後，方可得到符合規格的矽原料。目前業界所使用的矽原料，其純度為 11n即雜質含
8、量在十億分之一以下，均是使用 Siemens 的製程，然 Siemens的製程繁複，過程中需消耗大量的能源，並且會產生有毒物質，在環保意識日益高漲的今日，廠商產能無法快速的擴充。另一方面，太陽能產業所使用矽原料的純度可小於 11n，如能使用純化冶金級矽，將可避免跟半導體產業因共用料原所引發的排擠效應。除此之外，冶金級矽純化技術在量產後的成本將比Siemens 製程更具競爭優勢，在預見未來市場價格將向下修正的狀況下，冶金級矽純化技術的應用將可替廠商節省可觀的成本並提升廠商的競爭優勢。 (二) 冶金級矽純化技術已逐漸嶄露頭角 目前投入冶金級矽純化技術的廠商眾多，其中以 Dow Corning 和
9、Elkem 二家最受業界注意。Dow Corning於 2006 年第四季推出冶金級矽原料 PV1101，其純度在 5n9n 之間，並已跟太陽能電池廠展開合作。但有研究指出，PV1101 仍需跟傳統多晶矽原料混合，最多節省 10%的成本，而且受限於產能和市場，對於 PV1101 的未來發展仍值得關注。另一家投入冶金級純化技術的大廠為挪威 Elkem，身為全球最大冶金級矽的製造商，並且看好太陽能產業的發展，自 2001 年起即投入冶金級矽純化技術的研究，並且於 2004 年公佈其成果，目前 Elkem 在純化冶金級矽的推廣上已得到不錯的成績，全球第二大電池製造商 Q-Cells 已跟 Elkem
10、 簽訂為期十年的供貨合約，使得冶金級矽純化的應用又向前跨一大步。依目前的情況而言，完全使用純化冶金級矽來改善多晶矽缺料的問題似乎露出了曙光，雖然各大廠商都已展開相關的測試，目前並無任何突破性的發展。但是，針對冶金級矽的應用，TRI 認為 2007 年下半年將是觀察的指標，如有廠商開始進行小量試產，對於整體太陽能產業將帶來革命性的影響。 表一 全球投入冶金級矽純化技術的廠商 Source：Prometheus；各廠商；拓墣產業研究所整理，2007/03 (三) 流體化床反應爐技術將是解決多晶矽缺料的另一支柱 除了冶金級矽純化技術外，另一個受到業界重視並且已開始少量生產的技術為封閉式流體化床反應爐
11、技術。由於流體化床反應爐技術較 Siemens 製程具有環保和成本上的優勢，在產能擴充上也較為容易，因此，位居太陽能產業鏈最上游的矽礦製造商相繼投入，目前 REC、Wacker 、和 MEMC 已提供相關的產品，而茂迪投資的 AE 也將使用此一技術生產太陽能級矽原料。 表二 封閉式流體化床反應爐的廠商 Source：各廠商；拓墣產業研究所整理，2007/3 (四) 微晶矽(Nano-crystalline Silicon)和球型矽(Spherical Silicon)技術能明顯降低矽材料的用量 在解決缺料的問題上，除了增加矽材料的提供外，另一個方向即是降低矽材料的使用，其中以微晶矽技術和球型矽
12、技術最被看好。使用球型矽技術生產太陽能電池，結晶矽的用量傳統方法的五分之一；而使用微晶矽技術則能降到百分之一左右，對於目前身受矽原料價格高漲的電池廠而言，在成本撙節上具有明顯的吸引力。至於轉換效率方面，目前投入球型矽技術開發的 Kyosemi 表示其產品的轉換效率為19%，並且期望在五年內能提升到 24%至 25%；而在微晶矽方面， Sanyo HIT Solar Cells 為一微晶矽和非晶矽的複合式結構，在 Cell 的轉換效率為 17.8%20.2%，模組的轉換效率為 15.3%17.4%，並且已正式量產，其表現跟傳統單晶矽和多晶矽的產品相比毫不遜色。 圖四 Kyosemi 發展球型矽太
13、陽能電池和模組 Source：Kyosemi；拓墣產業研究所整理，2007/03 圖五 Sany HIT Hybrid Solar Cell 結構圖 Source：Sanyo；拓墣產業研究所整理，2007/03 三. 產能擴增仍持續進行 (一) 全球市場方面 看好太陽能市場持續發燒，且在短時間內次世代太陽能電池技術，如：薄膜、光敏化染料、和有機等。在良率和產能上無法跟結晶矽匹敵，自矽原料至電池相關廠商對於產能的擴充仍持續進行。以最保守的上游電子級矽製造商如 Hemlock、REC 、MEMC、Wacker、和 Tokuyama 均已興建新產線，預計在 2008年後產能將陸續開出；德國廠商 So
14、larWorld AG 將在美國興建產能達 500MW 的晶圓和電池生產線，以因應未來市場的需。而在新興市場方面，中國相關產能的擴增幅度最值得關注，目前中國境內已規劃多項投資計劃發展上游矽材料製造，但產能是否能如期開出仍待觀察；而在 Wafer 和 Cell 部分則陸續有新產能開出，伴隨著中國再生能源市場逐漸增溫，使得中國在全球太陽能產業的地位日益重要。 (二) 台灣方面 為了保持台灣太陽能產業的競爭力，建立完整的產業鏈，規劃建立上游矽材料生產線，目前以引進國外專業團隊和發展冶金級純化技術為主，預計在 2010 年時能夠到達年產太陽能級矽原料 1,500 噸。另外在Ingot 和 Wafer
15、方面，台灣主要廠商中美晶和綠能也陸續擴充產能，2007 年產能中美晶將達到 90MW，綠能為 200MW，而台灣小松電子也在母公司 SUMCO 集團支持下，積極跨足太陽能矽晶圓產業；而在Cell 方面，茂迪、益通、昱晶等公司仍持續進行產能擴充和垂直整合的工作，利用經濟優勢維持本身的競爭力。 表三 台灣太陽能產業鏈發展狀況 Source：拓墣產業研究所整理，2007/03 四. TRI 觀點 依照目前太陽能產業發展的趨勢，短期內結晶矽產業仍為業界主流，但在市場持續成長的背後，TRI 觀察到下列現象值得繼續觀察： (一) 產能擴張幅度和產能利用率高低牽動未來的發展 市場持續發燒，需求居高不下，各廠
16、商對於產能擴張均列為首要發展方向；另一方面，目前因為缺料的緣故，廠商的產能利用率無法反應真實狀況。但在缺料情況獲得解決後，廠商的產能利用率和擴張幅度將影響未來的發展；以目前各廠均舉債來擴增產線的狀況，一旦市場成長減緩，大幅擴張產能加上產能利用率偏低的廠商將面臨嚴厲的考驗。 (二) 新技術的商業化仍是當務之急 目前太陽能電池的轉換效率仍然偏低，對於矽材料的依賴仍然過高，在矽材料價格居高不下的情形下，關於提高轉換效率和降低矽材料使用量的相關技術提早商業化是各國產、官、學界目前努力的方向。目前歐、美、日等國均以投入大量人力和資金研究相關技術，使其儘早達到商業化的條件，藉以提升產業競爭實力，並利用相關技術維持領先的態勢。另一方面，台灣太陽能產業發展模式大致上仍是以量取勝，但利用經濟規模達到競爭優勢的方式將無法保持台灣在全球產業中的地位。目前中國業者利用國家政策扶植和便宜的土地及人工成本，利用規模經濟提升中國太陽能產業地位的企圖心非常明顯。台灣業者如要保持領先優勢，除了借力使力來降低本身的生產成本外，新技術的發展，如：冶金純化技術、微晶矽和球型矽的技術，才是確保台灣太陽能產業可長可久的基礎。
