太阳能电池可大致分为三代，第一代为矽晶太阳能电池，可区分为单晶矽与多晶矽两种，商用历史最悠久，目前矽晶太阳能电池也是市场主流，约占86%；第二代产品则为薄膜太阳能电池，主要构成材料分别为非晶矽(Amorphous Si)、碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)等。第三代即为三五族(III-V)电池，如砷化镓(GaAs)太阳能电池因具有良好的耐热、耐辐射等特性，被运用于航太工业已有很长时间。  

       目前单晶矽太阳能电池转换效率约20%，未来可望达到25%；多晶矽太阳能电池则约16%，下一代产品将再升至21%。至于薄膜太阳能电池方面，非晶矽电池的转换效率平均仅约7~12.5%，碲化镉电池转换效率最高约17%，铜铟镓硒电池则约20%。值得注意的是，三接面III-V族太阳能电池最佳转换效率已达到44%，未来更有机会突破50%。  

       过去III-V族太阳能电池因价格过于高昂，故未被使用于一般地面型太阳能系统或家庭消费性用途，随着人类对半导体材料的掌握度更高，并搭配聚光光学元件，如今三接面砷化镓太阳能电池的转换效率已可达到44%，制作成本亦大幅降低，有助打造新一代高聚光型太阳能发电系统(HCPV)。  

       HCPV首重聚光/追踪系统开发

       HCPV主要元件包括聚光型太阳能电池(即砷化镓半导体晶片)、聚光型太阳能电池模组(包括光接收电池基板及透镜)及太阳光追踪器。目前台湾核能研究所(简称核研所)开发的三接面太阳能电池由锗(Ge)、砷化铟镓(InGaAs)及磷化铟镓(InGaP)三个不同材料的子电池组成，分别吸收不同波段的光谱。各子电池间藉由穿隧接面(Tunnelling Junction)连接，所以三接面太阳能电池的电压为个别子电池电压的串联，电流则局限于三个子电池的最小电流。  

       聚光型太阳能发电技术采用折射或反射式聚光方法，搭配太阳光追踪器，将直射太阳光汇集入射于小面积高效率太阳能电池表面，使光能转换为电能，达到发电目的。由于此种发电方法可大量减少电池使用量，因此具有降低系统成本的效益，被全球视为第三代太阳能发电重要发展项目之一。  

       聚光型太阳能电池模组主要有三种聚光方式(图1)，可分为折射式、一次反射式和二次反射式聚光。一次反射式聚光型太阳能发电系统以澳洲的Solar System为代表，相关系统在使用上有反射镜不易清洁的问题，且当系统故障或偏轴时，容易对人造成危险；而二次反射式聚光型太阳能发电系统则以美国SolFocus为代表，设计上因具有二个反射镜面，除增加光线损耗，系统组装对位也较困难。  

图1    聚光型太阳电池模组三种聚光方式

       折射式聚光型太阳能电池模组采用菲涅尔透镜，将太阳光折射汇入模组内之太阳能电池表面，聚焦的太阳光不会外泄造成人员损伤，其一次折射方式，相较于二次反射式聚光，光学损耗也较少，系统对位较容易。此外，相较于一次反射式(曲面式反射镜)聚光型太阳能电池模组，折射式聚光型太阳能电池模组的聚光透镜呈平面型式，较易清洁保养。  

       太阳光追踪器结构包含经纬度型结构(Polar Tracking Type)及方位仰角型结构(Azimuth/Elevation Type)两种型态。  

       前者的优点是结构单纯，制作成本低，在夏至正午时分，太阳每分钟在西向移动角度变化小，缺点则是追踪角度范围较小(最大约60度)。后者有利于追踪角度范围较大(仰角80度以上)的应用，缺点是结构较复杂，制作成本高，太阳每分钟西向移动角度在夏至正午时分变化大。  

       对聚光型太阳能发电系统而言，因要求高追踪精度，须使用方位仰角型太阳光追踪器，方可吸收在高斜射角度之太阳光，不致影响系统发电效能。国际上的主流商品均是方位仰角型太阳光追踪器。  

       太阳追踪控制策略可分为开回路及闭回路两类，开回路直接使用太阳位置轨迹公式计算，由追踪控制器将太阳光追踪器转至定位；闭回路则是追踪控制器接收太阳位置感测器讯号以判断太阳位置，而将太阳光追踪器转至定位，由于太阳位置感测器可将讯号回授控制，故称闭回路控制。两种追踪控制策略各有其优点，目前业界大多采用混合式控制策略。