一、前言：太陽能到底乾不乾淨？颱風過後的爭議

多年來，太陽能究竟是不是「乾淨能源」，一直存在不少爭議。

支持者認為它無碳排、可再生，是邁向淨零排放的關鍵技術；而反對者則擔心太陽能板的製造、使用與回收過程中，可能潛藏環境風險，這些質疑與爭論又在近期颱風過後再次浮上檯面。

2025年7月，颱風丹娜絲吹襲全台，許多地區的屋頂型與農漁場太陽能設施遭到重創，模組掀飛、鋁架扯斷、整塊太陽能板如飛盤般四散，有的甚至掉入養殖池、水圳與道路，引發一波又一波的「光電板有毒論」。

圖1 嘉義布袋新塭的太陽能光電場，標案廠商耗費金額超過2億（圖片來源：TVBS）

同一時間，社群媒體上瘋傳「颱風後請不要吃中南部的養殖魚，因為太陽能板掉水裡會溶出毒液」的說法，一時之間讓光電成為「疑似汙染源」。

但事實真的是這樣嗎？

其實，據專家與環境部資料指出，主流太陽能板多以固態矽材料為主，太陽能結構上更接近半導體，內部不含液體電解質，也不會因泡水而釋出重金屬。甚至有業者針對模組進行為期 7 天的水中浸泡測試，檢驗砷、鎘、汞等 8 大重金屬與揮發性有機物，皆通過檢測。

換句話說，已經被製造出來的太陽能板本身是「無毒」，雖說如此但如果颱風造成太陽能板以及支架、框架破裂、四散，又未及時處理，破壞的不只是發電設施，還可能會對街道的各種設備、民眾的汽車造成物理性的傷害，以及破壞民眾對綠能的信心。

當綠能遇上極端氣候，這場「颱風課題」讓我們不得不回頭思考：太陽能到底是什麼？它的原理、材料、效率、風險……我們了解多少？民眾似乎對太陽能的了解少之又少

本篇文章，我們將從一顆電子出發，讓我們看懂太陽能背後的發電魔法，並從生命週期的角度來看太陽能究竟還不環保。

二、光是怎麼變電的？

首先我們先從太陽能基本原理說起，太陽能板最神奇的地方就在於：它不需要燃料、不需要旋轉機械，光是讓陽光照在上面，就能發電。究竟是什麼原理呢?

 我們知道，電流的本質是電子的移動。但在一塊靜止的半導體中，電子原本是被束縛在原子內部、動也不動的。
那麼，電子是怎麼開始流動的？

關鍵在於——PN 接面。

所謂的 PN 接面，是把兩種不同性質的半導體材料接在一起：

• n 型半導體是多了電子的材料，通常是摻雜了 磷(P) 或 砷(As) 這類第 15 族元素，多出來的電子能自由移動。
• p 型半導體則是少了一個電子的材料，來自摻雜鎵(Ga)或銦(In)等第 13 族元素，簡單說就是天生少一個電子，因此形成一種「電子的空位」，也就是我們稱為電洞（hole）。

在 n 區和 p 區的交界處，電子和電洞會彼此中和(正負中和)，產生一個沒有自由載子的「空乏層」，電子在此難以互相流動，他會類似鋁金屬天生會有氧化層保護內部不生鏽一樣，同樣形成一個隱形的牆壁，不讓電子輕易翻越。

而這個空泛區，就變成了內建電位差，類似於水的高低差，只要把開關打開，水會自然流向低處一般，電子也是，而這個開關就是名為陽光的能量。

 

當陽光照入這個空乏層時，光子的能量會打醒原子內的電子。只要光的能量比半導體材料的「能隙（band gap）」還要大，就能把電子從低能階的「價帶」踢到高能階的「導帶」，讓它掙脫原子的束縛，成為自由電子 (關於能隙，詳見下面補充資訊)。

這時產生的自由電子會被內建電場推往 n 區，而電洞則朝 p 區移動。兩者分開後，就產生了電壓與電流。

如果這塊半導體外部有導線連接，電子就會從 n 區流出 ➝ 經過電器 ➝ 回到 p 區與電洞結合。
這個完整路徑，就是太陽能發電的「電子旅程」，也就是為什麼太陽能能生電並驅動電器的原因。

這個過程會持續進行，只要陽光源源不絕，電子就會持續被「喚醒」、推動、流動、發電。

💡 補充資訊1：如果電子一直從太陽能板流出，為什麼電子不會用完？

其實，電子在這個迴路中並沒有消失，而是像水力發電中的水一樣——它只是被光的能量「推動」去做事（發電），做完之後又流回原處。

太陽光提供的不是「電子本身」，而是讓電子動起來的能量。
就像水從高處流下推動水輪機發電一樣，水沒變少，但能量被轉換了。

換句話說，電子是太陽能發電的「載體」，真正消耗的是來自太陽的光能。

💡 補充資訊2：關於「能隙（band gap）」與電子軌道之間的關係

關於「能隙（band gap）」，可以簡單理解為：電子從一個穩定位置（如A軌道）跳躍到更高能階（如B軌道）時，所需要吸收的能量差。
這個能量差，正是決定材料是否能導電、是否是半導體的關鍵指標。

為了幫助理解這個跳躍的概念，我們可以先來看電子本身的分布方式。

電子的軌道常被比喻為像行星繞太陽旋轉，環繞著原子核運行。
不過這只是簡化模型，實際上，電子是被原子核的正電荷吸引，這種力叫做「靜電力（庫倫力）」。
為了讓大眾更好理解，也可以暫時想像成像萬有引力一樣的吸引並讓電子繞行全轉。

原子核的「帶電量」（即質子數）越高，對電子的吸引力越強，可以吸收更多的電子繞行旋轉，但每層電子軌道可容納的電子數仍有限制，這是量子力學的結果。
常見的排列規律是：2、8、8、18、18、32、32，這也對應到元素週期表中每一列的長度變化——因為電子必須依序填入不同能階的軌道。

這樣的排列方式形成一種「能量階層結構」，低能階的電子緊密圍繞在原子核附近，屬於「穩定態」，而如果要讓某個電子跳到高一層的軌道，就需要額外的能量輸入（例如來自光或熱），這就是「能隙」的形成基礎。

而且，電子不是真的像行星那樣在固定平面上旋轉，它其實是以 360 度分布的機率雲形式出現。電子同時具有粒子性與波動性（稱為波粒二象性），這讓它的分布不像一條條軌道，而是形成球形、啞鈴形等不同形狀的「電子雲區域」。由於電子彼此帶負電、會互相排斥，它們在空間中的穩定排列也會影響能階的間距，因此，在自然穩定的排列下，才會形成上述 2、8、8、18… 的電子層結構。

（圖片來源，元素週期表：wikipedia；框框與備註說明：無限永續）

三、太陽能板有分等級？搞懂材料分類與效率差異

不少人以為，太陽能板就是一片片黑色的「矽板」，長得都差不多，但其實，這些太陽能電池在材料、技術與發電效能上，都有天壤之別。

如果你想選擇適合的太陽能板，或只是想真正了解它的運作，第一步，就是要先搞懂材料分類。

🔸 A. 矽基晶體電池：效率高、成熟度高

最主流的太陽能板就是晶矽太陽能電池，它是將「矽」這種常見元素提煉為高純度晶體，再切成薄片做成電池模組。分為兩種：

這些電池屬於第一代技術，發展最早、技術成熟，是目前市面上最普遍的光電板形式，尤其常見於屋頂型光電或農舍案場。

🔸 B. 矽基薄膜電池：輕薄透明、適合特殊應用

若你曾在展覽或建築物上看到半透明、彎曲的太陽能貼膜，那多半就是「矽基薄膜太陽能板」。這類產品不使用晶體切片，而是將矽材料以鍍膜方式附著在玻璃或塑膠上，達到輕薄、可彎的特性。

這類產品屬於第二代技術，雖然效率不如晶體型，但重量輕、可裁剪、可彎曲、不需高溫製程，對一些特殊應用來說非常有價值。

(圖片來源：Google搜尋)

🔸 C. 非矽材料太陽能電池：新穎技術、潛力大

隨著材料科學進展，工程師也發展出「非矽基」的太陽能電池，以化合物或有機材料為主，但原理都與前面說的太陽激發電子類似。這些材料有的能製作成彩色、透明的電池，有的則能在低光源下運作，未來甚至可貼在衣服或窗簾上發電。

非矽材料的優點是製程靈活、美觀、多樣化，但缺點是目前效率偏低，或環保爭議（如 CdTe 的毒性），仍處於發展與優化階段。

📊 小結：材料不是只有矽，效率也不是唯一標準

從單晶、多晶，到薄膜、染料敏化，太陽能電池早已從單一路線進化為多元發展。選擇材料時，要根據你的場域條件與使用需求做平衡，例如：

• 若你空間有限 ➝ 選效率高的單晶矽
• 若你需要輕薄與曲面 ➝ 選擇非晶矽或 CIGS
• 若你講究外觀或美感 ➝ 染料敏化電池是潛力股

下一段，我們將不看材料本身，而來看看太陽能電池的「技術世代」如何定義？
從第一代到第四代，發電技術如何進化？又為何越新的世代追求「更多波段的吸收」與「更高的效率」？

四、太陽能的四個世代：從效率到全光譜吸收的進化之路

你可能會想問：材料不就是矽、多晶、染料這些嗎？那什麼又是「第一代、第二代、第三代」的太陽能板？

其實，這裡說的「技術世代」是根據技術發展的時間順序、材料創新與光吸收能力的演進來劃分的。

每一個世代的誕生，都是為了解決前一代的限制——不是為了炫技，而是為了讓太陽能更便宜、更廣泛、更有效率。

第一代太陽能電池：效率穩定、技術成熟

✅ 材料：單晶矽、多晶矽

✅ 技術重點：將高純度矽晶體切片，排列整齊，提高電子傳導效率

✅ 優點：效率高（20～26%）、穩定性強、壽命長

⚠️ 限制：製程複雜、材料成本高、較厚重、不透光

👉 適合大規模電廠、屋頂型發電、商業案場等

第二代太陽能電池：薄膜技術登場，解決成本與靈活性

✅ 材料：非晶矽（a-Si）、碲化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（CIGS）

✅ 技術重點：不再用晶片切割，而是用鍍膜方式把活性材料「貼」上基板

✅ 優點：輕薄、可彎曲、可用於建築整合，製程能耗低

⚠️ 限制：效率普遍低於第一代、有些材料（如 CdTe）含有重金屬

👉 適合曲面建築玻璃、行動裝置、太陽能背包等應用

第三代太陽能電池：顏色與透明也能發電

✅ 材料：染料敏化電池（DSSC）、導電高分子、有機小分子

✅ 技術重點：開發非傳統半導體材料，使太陽能板變得「透明、彩色、可撓」

✅ 優點：輕薄美觀、可整合建築，對低光環境有感應能力

⚠️ 限制：效率偏低（<10%）、穩定性與壽命仍需突破

👉 適合用在玻璃帷幕、室內照明裝置、穿戴裝置等創新應用

第四代太陽能電池：多層結構、廣波段吸收的極限挑戰

✅ 材料：複合多層材料、量子點、鈣鈦礦、奈米結構等

✅ 技術重點：設計多層吸收結構，把不同波長的太陽光都抓住、轉成電能

✅ 優點：實驗效率突破 30%、輕薄潛力高

⚠️ 限制：仍處研發階段、穩定性與成本待解決

👉 預期可應用於太空發電、建築整合、超高效率小型模組

 

小結：每一代的進步，就是一次太陽能的跨越

五、太陽能板到底有沒有毒？

介紹完這麼多太陽能技術，裡面看到很多平常不會用到的陌生元素，因此許多民眾一提到太陽能板，可能就會想問：「那東西會不會有毒啊？」

這個疑問其實一點也不奇怪，畢竟我們平常接觸的「電池」，往往都是有毒液體包覆著的金屬，太久沒用或破裂就會滲出，那太陽能板也是這樣嗎？

答案是——不一樣~但我們也不能掉以輕心。

A. 太陽能板是固體，不含電解液

首先，大多數主流太陽能板(指傳統常見之太陽能板，許多非矽材料仍有汙染性)，尤其是矽基晶體與非晶薄膜電池，都是由固體材料組成，包括：

• 鋁框
• 強化玻璃
• 封裝膠膜（EVA）
• 矽晶片或其他半導體材料
• 背板與接線盒

這些材料在正常情況下，是不會釋出有毒物質的，太陽能板其實就是另類的半導體，製成時候可能會需要使用大量化學藥劑，但成品本身不具備汙染性，裡面元素也不容易釋出。

有學者甚至針對損壞模組進行了7 天浸泡測試，結果顯示包括砷、鎘、汞在內的多項重金屬都未超標，證明材料在水中穩定性良好。

B. 哪些材料可能存在風險？

雖然「太陽能板 = 有毒」是錯誤說法，但某些材料本身的確可能帶有環境風險，尤其非矽材料製成的太陽能板：

而一般市面上見到的太陽能多數都不具汙染性，但非矽材料就可能有一些汙染疑慮。

這是因為傳統的矽基太陽能電池（像是單晶矽、多晶矽、非晶矽）主要由矽、玻璃、鋁框等組成，這些材料本身屬於穩定且無毒的無機物，即使遇到天災損壞或短期泡水，也不會釋出對環境有害的物質。

然而，非矽材料的太陽能電池就沒這麼單純了。

以CdTe（碲化鎘）薄膜電池為例，雖然具有製造能耗低、轉換效率穩定等優點，但其所含的「鎘（Cd）」是一種高毒性的重金屬，若模組破裂、燃燒或棄置不當，可能會釋出有害物質進入土壤與水體。另一種薄膜技術 CIGS（銅銦鎵硒）雖然毒性相對較低，但也含有稀有金屬如銦（In）與鎵（Ga），這些元素若未妥善回收，除了資源浪費，也可能造成潛在污染風險。

此外，有機太陽能電池或染料敏化電池（DSSC）等新型材料中，有些會使用含有機溶劑或導電液體的元件，若封裝破損滲出，也可能對環境產生污染隱憂。這類材料雖然仍在開發與試用階段，但也提醒我們：新技術的推廣不能只看效率與成本，更要看材料與回收的全生命週期管理。

總體來說，絕大多數已經製造完成的太陽能都不具備汙染性，少數非矽材料可能具備汙染性；雖然非矽材料 ≠ 有毒，但需要更嚴謹的製程控管與回收機制，民眾也可以多去了解自己周遭的太陽能板是使用哪一種材料，否則「綠電」也確實有可能不小心變成「綠毒電」。

製造與回收階段才是關鍵

太陽能板的環保爭議其實不在「使用階段」，而在於：

• 製造階段可能排放高能耗與重金屬廢水 (尤其薄膜製程)
• 報廢階段若未妥善回收，將成為難以分解的複合廢棄物

還記得前面提到的太陽能泡水實驗無重金屬嗎？ 這是一體兩面的，反過來說過於穩定的材料也較難分解取出
這就是為什麼世界各國越來越重視太陽能板的「全生命週期管理」，而不只是看發電時有沒有碳排放
太陽能真正的汙染可能就在於廢棄/回收階段。

台灣有沒有回收制度？

根據環境部公告，目前太陽能模組屬於「應回收項目」，無論是民眾安裝的屋頂型，或是產業用的大面積案場，都必須在災後或退役時通報清運與申報。

目前已有簽約合格的回收廠商，並與地方清潔隊協作回收作業。

但現實上仍存在幾個問題：

• 災後未即時通報 → 板子變成漂流垃圾
• 回收成本高 → 民眾私下丟棄
• 非合格廠商拆解 → 污染風險升高

👉 所以除了制度本身外，執行力、通報意識、回收經濟誘因也是目前制度待強化的重點。

小結：不是「有沒有毒」的問題，而是「怎麼做好管理」

太陽能是一項值得推動的綠能，但它絕非萬能，也不是完全無害。

它就像電動車一樣，能帶來環保效益，但也必須搭配：

• 好的材料選擇
• 完善的安裝與保護設計
• 健全的回收體系與環境監管

綠能不是只有發電時的零碳排，而是要看得更長、更廣、更完整。

當我們能夠從材料選擇到退役回收都做好管理，太陽能才是真正的永續解方。

六、陽光不毒，但知識不能缺——讓綠能走得更遠

多數製成的太陽能不會毒死人，但錯誤的資訊、忽略的管理、被遺忘的模組卻可能會。

技術如何不斷創新情況下兼顧環保、效率如何越做越高、回收技術如何提升，風險如何被管理、制度如何健全、資訊更透明，目前太陽能還有許多課題需要面對

本文從颱風過後的災情談起，一步步揭開太陽能的運作原理、材料分類與技術世代。你會發現，看似簡單的一塊太陽能板，背後其實融合了半導體物理、材料工程與全球再生能源政策的推進。

我們說它是綠能，不只是因為它不會排碳，而是它讓我們有機會用乾淨、低衝擊的方式擷取自然資源。但唯有搭配良好的政策、制度(如限制某些材料或製成)與民眾認知(不需要有錯誤認知或過度恐慌)，這種綠能，才是真的綠能。

而我們作為推動永續的顧問與夥伴，也希望協助社會用更理性的角度認識再生能源，不盲目神化，也不過度恐懼。

📣 最後想說的是：

太陽能，不只是電力的來源，更是一場關於「選擇怎樣的未來」的公共討論。

選擇推動它，也等於選擇更需要監督它、教育它、優化它。

這樣的綠能，才能走得遠、走得穩。

我們相信，太陽能的未來不只是發電，更是邁向永續的可能。