1997年《京都議定書》制定目的為解決氣候變遷之問題，而京都議定書將于2012年屆滿，環(huán)顧全球石化燃料仍大量使用，二氧化碳的排放量亦逐年增高，全球溫室效應(yīng)問題日益嚴(yán)重，加上2011年日本福島發(fā)生震驚全球的輻射安全危機(jī)，促使世界各國積極發(fā)展再生能源作為替代性能源。臺灣在2008年6月由行政院核定「永續(xù)能源政策綱領(lǐng)」，其中要點(diǎn)三、政策綱領(lǐng)─「凈源節(jié)流」，在「凈源」方面，積極發(fā)展無碳再生能源，有效運(yùn)用再生能源開發(fā)潛力，預(yù)期于2025年占發(fā)電系統(tǒng)的8%以上。

III-V族太陽能電池是目前所有太陽能電池中，能量轉(zhuǎn)換效率最高，且全球已超過50家公司或機(jī)構(gòu)投入聚光型太陽光發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)，其中美國Solar Junction公司研發(fā)III-V族多接面太陽能電池轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到 43.5%；美國Amonix公司開發(fā)的HCPV系統(tǒng)發(fā)電效率亦達(dá)30%以上。在2008年，核研所投入相當(dāng)人力，開始建立有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(Metal-organic chemical vapor deposition；MOCVD) ，并自行開發(fā)III-V族多接面(InGaP/GaAs/Ge)太陽能電池的磊晶及制程技術(shù)。目前，研發(fā)團(tuán)隊已發(fā)展出38%能量轉(zhuǎn)換效率之太陽能電池元件；未來將持續(xù)精進(jìn)磊晶與制程技術(shù)，朝40%以上目標(biāo)邁進(jìn)。


圖1，8寸太陽能電池磊晶片。

   
圖2，路竹1MW聚光型示范電廠。

此外，核研所在研發(fā)「聚光型太陽能發(fā)電(Concentrated Photovoltaic；CPV)」系統(tǒng)技術(shù)上已有顯著成果。此次核研所發(fā)表的重大研發(fā)成果計有3項：第一，在高效率III-V族太陽能電池元件研發(fā)方面，其能量轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到38%以上。其次，太陽能電池磊晶尺寸提升至8寸(如圖1)，大幅減少太陽能電池磊晶及制程成本的支出。第三項，HCPV系統(tǒng)研發(fā)方面，已完成MW級高聚光太陽能發(fā)電示范系統(tǒng)(如圖2)的建置。

HCPV系統(tǒng)的工作原理系以化合物半導(dǎo)體材料所制成的太陽能電池元件，加上一聚光透鏡將太陽光能量匯聚在太陽能電池元件上，聚光型太陽能電池模組如圖3所示。此外，化合物半導(dǎo)體材料所制作的太陽能電池元件，光電轉(zhuǎn)換效率比矽基太陽能電池元件高。再者，利用聚光透鏡可以使單一太陽能電池元件吸收數(shù)百倍的太陽光能量，大幅減少太陽能電池元件的使用數(shù)量；由于聚光透鏡成本比高效率聚光型太陽能電池的成本低，因此使用聚光透鏡可大幅降低HCPV系統(tǒng)的建置成本。此外，HCPV系統(tǒng)的應(yīng)用除了大型太陽能發(fā)電廠的建立，亦可用于屋頂型及分散式發(fā)電系統(tǒng)。目前高效率聚光型太陽能電池的開發(fā)與應(yīng)用已成為太陽能電池元件發(fā)展的主要趨勢之一。

臺灣光電半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具有完整的產(chǎn)業(yè)體系及量產(chǎn)能力，目前雖以發(fā)光二極體、雷射與微波元件的產(chǎn)制為主，但MOCVD系統(tǒng)相同，臺灣磊晶技術(shù)的基礎(chǔ)深厚；核研所進(jìn)行III-V族高效率太陽能電池、聚光系統(tǒng)與追蹤器等的研發(fā)，推廣并逐步與產(chǎn)業(yè)界合作，將可使臺灣的光電半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域更具多樣性，并能與機(jī)械產(chǎn)業(yè)結(jié)合，進(jìn)而建立相關(guān)的再生能源產(chǎn)業(yè)。此外，HCPV產(chǎn)業(yè)于臺灣成型時，將可增進(jìn)半導(dǎo)體、光電、機(jī)械及電子等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的就業(yè)機(jī)會。(本文由行政院原子能委員會核能研究所太陽光電專案計劃研究員兼主持人郭成聰博士/副研究員吳志宏博士/副研發(fā)師楊敏德博士提供／DIGITIMES劉一婷整理)