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砷化鎵聚光型太陽能，大開光電產業多元之門

精實新聞 2011-02-08 09:16:30 記者 羅毓嘉 報導

砷化鎵(GaAs)對於絕大部分的太陽光光譜波段反應，使其擁有高達70%以上的理論光電轉換效率，有效運作溫度範圍高於矽、抗輻射能力也更佳，這些優勢都使砷化鎵成為發展高效聚光型(Concentration Photovoltaic, CPV)太陽能電池的最佳材料；儘管目前聚光型太陽能在陽光發電市佔率仍低，隨著成本降低、與配套設備的技術成熟，將打開太陽能發電產業目前由矽晶寡佔的多元之門。

砷化鎵由於具備較矽更高的飽和電子速率、電子移動率、與高崩潰電壓，在高功率操作時較矽擁有更高的效率，目前已廣泛應用在功率放大器(PA)、微波元件、switch IC與雷達系統。

實驗室中，砷化鎵光電池(PV)轉換效率達50%，而商業量產轉換效率也已近40%左右，遠高於矽晶太陽能電池約17%-18%的轉換效率；惟因成本仍高，從上個世紀80年代以降，導入的多是衛星、航太、軍事國防等利基型的市場。
至於近期業界關注的聚光型太陽能系統，則是以Fresnel透鏡將光源聚焦至一個小點上，在小面積的晶片上達到高倍數聚光效果。

目前，砷化鎵聚光太陽能系統在全球地面發電市場的裝機容量仍不到10MW(百萬瓦)，佔太陽能光電總發電量僅不到0.1%，但隨著聚光模組技術的成熟、發電成本下降，聚光型太陽能應用技術在地面發電市場可望打開更廣闊的發展空間。根據研調機構Compound Semiconductor的預估，未來5年內砷化鎵聚光型太陽能發電，可望逐步攀升到5%左右的市佔率，未來成長可期。

對於聚光型太陽能未來發展的龐大商機，台系砷化鎵廠也陸續加快布局腳步，磊晶廠全新(2455)已經推出多接面磷銦化鎵、砷化鎵、砷化鍺等聚光型太陽能磊晶，多電池轉換效率已超過36%，跨入國際市場門檻；而砷化鎵代工廠穩懋(3105)也有小量聚光型太陽能元件的接單，此外包括嘉晶(3106)、華宇光能(2381)、晶電(2448)等廠，也都投入III-V族太陽能電池的研發，矢志不在此一漸趨熱絡的市場中缺席。

雖然目前以砷化鎵材料生產聚光型太陽能電池的成本仍高於矽晶電池，但搭配砷化鎵的高光電轉換效率，與矽晶太陽能電池相比的單位發電成本已縮減至2成以內，發電成本已不再是阻礙砷化鎵太陽能的主要因素。

矽晶太陽能電池的實驗室轉換效率在90年代提昇至22%之後，接下來10多年始終無法突破25%的關卡，意味著在長期發展上，矽晶太陽能要透過提高轉換效率來降低成本的空間，相較於砷化鎵材料而言可謂相當有限；另一方面，砷化鎵聚光型太陽能電池的高轉換效率，使其單位面積內的發電量可達矽晶太陽能的數百倍至千倍之多，系統占地面積小，在土地資源短缺的國家更具應用優勢。

除了多接面砷化鎵電池本身，由於聚光型太陽能電池對於控制陽光射入角度的高要求，發電系統還需要搭載追日系統、聚光元件、以及冷卻聚光時產生的高溫之降溫系統，隨著追日系統和散熱技術等配套元件的技術逐漸成熟，聚光型太陽能電廠的穩定性和可靠度也隨之提昇，在未來5年內，聚光型太陽能市場料將走上爆發性的成長坡度，為目前由矽晶太陽能電池所寡佔的太陽能光電技術，大開多元之門。