作者：蔡東霖
太陽能發電板（Photovoltaic solar panel）提供便宜的電力，但是，是否必須付
出更高的環保成本？它於發電過程中並無污染物排出。然而，在製造的過程中，
是否有污染物？另外，在汰舊太陽能發電板時，廢棄物是否可回收？有污染物？
太陽能發電板是一種能量轉換的光電元件，是一種將太陽光透過光生伏打效應（
photovoltaic effect）轉成電能的裝置。簡單說，它是經由太陽光照射後，把光
的能量轉換成電能。此種光電元件稱為太陽能電池(solar cell)。
我們以太陽能發電產業世代發展現狀看，目前採用矽晶片為主要材料東西佔大多
數，接著緊鄰追在後的，是非晶矽薄膜製程的產品。前者矽晶片的製程，與電子
晶片的半導體製程相似。後者，非晶矽薄膜製程，則和液晶面板製程有相似性。
根據ＩＳＥ（２０１８）統計，２０１７年矽晶片產品，市佔率高達９５％。所
以，底下先來聊聊矽晶片產品的相關內容。至於，非矽薄膜產品，再另找機會說
明。另外，關於製程的細節，網路上很多，若想知道，可以自行ＧＯＯＧＬＥ，
這裡也不多談。
矽晶片（Wafer）製造
由於自然界中並沒有單純矽元素（Ｓi），需透過提煉方式取得。簡單說，先從地
表下挖出石英砂（二氧化矽，ＳiＯ2）。接著，進行冶金級純化，將石英砂氧化
還原成冶金級矽（矽純度達 98％ 以上）。然後，再透過純化製程，將矽純度提
升至99.9999999%以上。
矽晶片分為單晶與多晶兩種。單晶製程是指將純矽原料經由長晶、拉晶、切斷、
研磨、切片、清洗等等等步驟製作完成，而多晶製程則少了拉晶步驟。另外，與
電子半導體產業的差異在於：電子半導體產業的矽晶片多做成圓形，所以稱為晶
圓，而太陽能發電產業，則常會被做成方型。因為，方型可以減少空間浪費，在
太陽能發電板中達到最大的照射面積。
底下是簡略的圖說：
這樣的製程，產生的問題簡單說明如下：
- 從矽礦井中挖出石英，這使得礦工面臨這世界上最古老的職業病：矽肺病（Pneumoconiosis）。
- 將石英變成冶金級矽，為了保持熱量，需要非常大量的能量。是的，這樣會產生大量的二氧化碳，甚至二氧化硫。想當然爾，碳足跡也很可觀。
- 將冶金級矽轉變為更純淨的形式，精製過程會產生四氯化矽（silicon tetrachloride，ＳiＣl4）。是的，毒性很大的四氯化矽。原則上，每生產一噸多晶矽，就會跟著附帶產出３或４噸四氯化矽。不過，若由某日系多晶矽廠的資料來看，產出1,250噸純多晶矽，就會跟著附帶產出2.75萬噸的四氯化矽。比例懸殊。
- 水污染：主要來源有切割、浸蝕及洗淨等。其中，浸蝕廢水有氟化及硝酸鹽類。
- 空氣污染：主要來源為蝕刻、清洗製程中所產生之酸鹼氣體，例如 HF、HNO3、NH3。
- 廢棄物：主要包括廢料（ex. 包裝材料、濾料、口罩、手套、鞋套)、廢晶片、廢污泥等等等。
太陽能發電模組製造
這個階段的製程，稍微複雜，底下是簡略的圖說。
拿到矽晶片之後，會先用去離子水（Deionized water）把它表面的雜質污染物去
除。接著，表面結構化及酸洗處理。再利用高溫熱擴散處理，使Ｐ型的基板上形
成一層薄薄的Ｎ型半導體。然後，用銀膠印刷或是用蒸鍍的方法，在晶片表面做
出導電電極。如此，完成一個簡單的太陽能晶片。最後，透過焊接、真空熱壓封
裝，將數個太陽能晶片串／並聯在一起組裝成太陽能電池模組。
同樣地，這樣的製程，產生的問題簡單說明如下：
- 水污染：主要來源有清洗、蝕刻、蒸鍍等處理後產生各類酸鹼廢液（氫氟酸、硝酸、硫酸、磷酸、鹽酸及氨等)、酸鹼廢水、氟系廢水。
- 空氣污染：主要來源有蝕刻、蒸鍍必須使用ＩＰＡ或鹵素化合物等氣體，可能產生廢有機氣體、無機酸氣體及碳氫化合物氣體等；焊接製程產生之有機氣體 ＶＯＣs。
- 廢棄物：主要包括廢料（ex. 包裝材料、濾料、口罩、手套、鞋套、毒性氣體吸附塔廢料）、廢晶片、廢污泥等等等。
廢棄太陽能發電板
一般而言，太陽能發電模組壽命約25至30年；它的ＰＲ值（PerformanceRatio），大約每年會減少１％。太陽能發電板壽命終了，回收它的議題，也是
值得思考。
標準化矽晶片太陽能板主要成分約７４％的玻璃、１１％的聚合物（ＥＶＡ）、
１０％的鋁框、３％的矽、２％的其他金屬。太陽能發電模組的鋁框、玻璃、電
線，是可以直接拆解回收再使用。至於，太陽能面板，則含有矽晶本體及金屬等
等，這些需要適當分離後才能被回收利用。
目前，會先透過焚燒方式或者化學溶劑，將ＥＶＡ及背板燒掉或溶解掉。剩下的
晶片，再透過化學程序來逐步分離回收。例如，利用鹽酸（ＨＣl ）來溶解移除鋁
導電層；利用氫氟酸（ＨＦ）來移除抗反射層取得金屬銀。最後，剩下矽晶片廢
料，做為鋼鐵冶煉的添加材料，或者再回收精煉成為矽晶棒產製之原料。
管理不當的問題，也是需考量的一個面向。再者，若不回收，直接進入焚化爐，
恐有化學物質進入空氣的問題。
同樣地，處理廢棄的太陽能發電模組，產生的問題簡單說明如下：
- 水污染：主要來源有用化學溶劑後產生各類酸鹼廢液。
- 空氣污染：主要來源有焚燒時產生的氣體。
- 廢棄物：主要包括廢料等等等。
大量用水
大量的水會被用在安裝太陽能發電系統和它的使用過程中所需進行的清潔。根據
Dustin Mulvaney 博士的文章，一組２３０至５５０兆瓦的發電規模系統，可能
需要高達１５億公升的水用於施工期間的粉塵控制。
另外，還需要２６００萬公升的水用於發電運轉期間的面板清洗。面板不清洗，
上面的灰塵會越來越厚，會影響光線照射到晶片的量。
目前的問題解決
矽肺病：佩戴防塵護具，以及透過工程技術消除或降低危害。
水污染：
- 四氯化矽廢液，目前多數是利用回收重複使用的方法，將其分解再回到多晶矽的製程中製造多晶矽。然而，這種方法需要輔以昂貴（數千萬美元）的設備及相當的技術，對生產廠商而言，是一種挑戰。
- 酸鹼廢水，通常透過調節pH的方式，接著就放流了。
- 含氟廢水，通常透過化學反應的方式，讓氟離子跟其他離子結合成粒子沈澱後，變成污泥，再儲存處理。
空氣污染：
- 酸性廢氣，讓廢氣體通過洗滌塔（Scrubber）。在塔體內，廢氣體將和液體做充份的接觸，使得氣體中的污染物附著到液體上，變成廢水。再使用適當的廢水處理方式做處理。
- 有機廢氣，使用活性碳吸附處理；或者，燃燒處理。
污泥：上面提到某些廢水會變成污泥。污泥，要不被掩埋儲存，要不被焚燒，要不被送到國外去。目前有廠商提出，將矽污泥製成矽錠的方法，可做為煉鋼廠煉鐵過程的升溫材料。
碳足跡：矽提煉過程，需要大量的熱；有機廢氣的反應生成物，會被燃燒處理；
部分污泥，被焚燒；部分廢棄物，被焚燒。解法，只能等科技進步了。
現實面
據２０１６年新聞報導，台灣每個月太陽能廠至少產生三、四千噸的廢料，但只
有不到一成經過合法處理。知情業者私下透露，不肖廢棄物處理業者，將這些廢
料載運到各縣市亂傾倒，業者也說就算被查出，政府也無力處理大量的廢棄物。
報導請見： news.tvbs.com.tw/life/666176?from=Copy_content
遠見雜誌２０１８年３月號指出，台灣每月約有1000噸固體矽泥產生，仍有六成
無處去。
另外，關於廢棄的太陽能發電板：據環保署統計，民國１０６年太陽能光電板的
廢棄數量約３千公噸。預估，到２０２３年太陽能光電板廢棄物數量將有一萬公
噸。
２０１９年起，環保署公布太陽能板回收機制，要求業者須自行回收。環保署從
經濟部公告的躉售電價費率，先代扣了回收基金。這筆基金預計用於太陽能板的
回收處理費、行政管理費用、以及未來業者的技術研發費。
廢棄物的回收成本是否高於其價值，是太陽能發電板所有廢棄物處置必須面對的
問題。若無利潤將難以吸引合法業者進入回收機制。若無回收機制，直接焚化或
掩埋，則有有害物質進入空氣、土壤中，增加環境污染的疑慮。
另外，業者繳納回收基金後，會不會認為自己的責任已盡，所以消極地面對回收
機制的角色？
結論
太陽能發電板真的如想像中那樣綠色嗎？以碳足跡的角度切入，Dustin Mulvaney 博士認為對部分國家而言，太陽能發電板的確是環保的；但，部分國家卻沒有。對台灣呢？或許需要更嚴謹的收集資料進行分析才能下定論。
名詞解釋
- 四氯化矽：ＳiＣl被認為有害環境的化學物品。常態下為易揮發的液體，受熱或遇水分解放熱，會放出有毒的腐蝕性煙氣，無色或淡黄色煙。對人類而言，會造成對眼睛及上呼吸道有強烈刺激作用。高濃度可引起角膜混濁，呼吸道炎症，甚至肺水腫。經過皮膚接觸後可引起組織壞死。如果隨便傾倒，則四氯化矽會釋放出鹽酸，酸化土壤。
- 氫氟酸：ＨＦ，被用來清潔晶圓。這種腐蝕性很強的液體會破壞人體組織並使骨骼脫鈣。能與普通金屬發生反應,放出氫氣而與空氣形成爆炸性混合物。
- EVA：聚乙烯-乙酸乙烯酯（EthyleneVinyl Acetate）是用於固定太陽能電池及連接電路導線提供絕緣保護之封裝材料。
