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「超結構」太陽能電池效率達 10.9%

only-perception
・2012/10/24 ・1385字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 611 ・十年級

聽起來似乎違反直覺-將最具感光性(photosensitive)的其中一種太陽能電池材料替換成感光特性較不合意的材料,居然能改善太陽能電池的效率。不過,這正是一項新研究中所顯示的-在一種可溶液製程(solution-processable)太陽能電池中,將高度感光性二氧化鈦(TiO2)以氧化鋁(Al2O3)取代,研究者達到破紀錄的 10.9% 功率轉換效率。他們將這種高轉換效率歸因於 Al2O3 扮演了一種惰性支架(inert scaffold)的角色,迫使電子保留在其中,並透過超薄吸收層(extremely thin absorber,ETA)傳輸。

由英國牛津大學的 Henry J. Snaith 所領導的研究團隊,包含來自牛津大學、日本的桐蔭橫浜大學(Toin University of Yokohama)與日本茨城縣的 AIST(產綜研)的共同作者,已將他們高效率太陽能電池的研究發表在 Science 上。

「這是一種新技術,故在本質上就是一項新紀錄,」Snaith 表示。「所有太陽能電池技術都有不同的效率,使用 GaAs 最高可超過 28%。這並不是一項絕對的世界記錄,但卻有可能是可溶液製程固態太陽能電池中最高的。而且真正令人振奮的是,接下來幾年其所能達到的地步;它應當具有陡峭的改良曲線。」

在太陽能電池效率的貢獻程度上,電極材料的選擇在太陽能電池中是最重要的因素之一,而 TiO2 由於其優良的光激發(photoexcitation,將光子轉換成電子)能力,以及用染料或吸收劑(absorber)光敏感化(photosensitized)後,其強大的電子接受(electron-accepting)特性,常在可溶液製程太陽能電池中被當成電極材料使用。

但為了要改善太陽能電池效率,科學家在此得要解決根本的、到處出現在光伏過程(photovoltaic process,指吸收光子與產生電子的過程)的能量損耗。一如他們的解釋,能量是在下列狀況中損耗:電子–電洞對(激子/excitons)的光發電(photogeneration)、緊密結合之激子的分離,以及來自高度失序(disordered)網路之自由電子的汲取(extraction)。

為了克服這些損耗,先前的研究已探索過塗佈一層 ETA 層的用法。ETA 層厚 2 到 10 nm,位於 TiO2 電極的內部表面,以便增加電流密度與電壓。到目前為止,具 ETA 層的太陽能電池已達到 6.3% 的功率轉換效率。

在此,研究者已研究過這種可能性:TiO2 由於其電失序(electronic disorder)與低遷移率,可能阻礙 ETA 層的效用。因為Al2O3 是一種寬能隙絕緣體,研究者發現,把它當作電極使用時,光激發的電子仍保留在 ETA 層中,且不會像 TiO2 電極那樣,墜入氧化物的較低能階中

這種差異提供了幾種優勢。例如,研究者發現,使用 Al2O3 時顯著加速電子傳輸過程,迫使電子迅速通過鈣鈦礦(perovskite)ETA 層,也因而增加了電壓。這些改善,使功率轉換效率從使用 TiO2 電極的 8% 到使用 Al2O3 電極的 10.9%。因為 Al2O3 主要作為中尺度支架(meso-scale scaffold),而非在光激發中扮演某種角色,研究者稱此裝置為「中型–超結構太陽能電池(meso-superstructured solar cell,MSSC)」。「氧化鋁作用如同鈣鈦礦層支架,以及接下來的電洞型導體(hole-conductor,那被塗佈在鈣鈦礦層頂部)支架,」Snaith 說,「那不具電活性(electronically active),純粹作為一種物理性支撐。」

「非常令人驚訝而且前所未料,」他補充到,「然而,我們能後見之明(hindsight)的看見,此效益從何處獲得。真正的驚奇是,鈣鈦礦層在傳輸電荷上如此有效率,以及在太陽能電池中產生的高光伏。」

科學家預期,未來可透過各種方法更進一步改善效率,例如,以新的鈣鈦礦進行實驗,使用其他半導體,以及擴展吸收範圍。

「這項研究使低成本的可溶液製程太陽能電池大幅接近完美地晶體半導體(crystalline semiconductors)的效能,同時又對未來的研究與發展開啟廣泛的可能性,」Snaith 說。

資料來源:Efficient Hybrid Solar Cells Based on Meso-Superstructured Organometal Halide Perovskites. Science [October 4 2012]

轉載自 only perception

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only-perception
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妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D


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什麼是「骨髓纖維化」?為什麼它會讓患者失去造血功能?

careonline_96
・2021/10/21 ・2074字 ・閱讀時間約 4 分鐘
讓人失去造血功能的骨髓纖維化,血液專科醫師圖文解析

一名六十多歲的女性患者平日生活忙碌,最近幾個月經常感到疲倦,精神不太好、容易忘東忘西,此外,體重還驟降好幾公斤。

「大多數女性患者剛變瘦時,可能會感到開心,但變瘦一段時間後,就會漸漸感到不對勁。」

大林慈濟醫院血液腫瘤科李思錦醫師說明,因腹部不適、吃不太下,該患者便到腸胃科就診。檢查發現脾臟變大,是一般人的好幾倍大,且貧血很嚴重,故轉診到血液腫瘤科。

「骨髓纖維化患者大多會因為貧血、腹部不適、體重減輕而先到相關科別就診,最後才輾轉來到血液腫瘤科。」李思錦醫師指出,「該患者後續接受骨髓檢查,評估屬於中度風險病人,開始接受口服藥物治療。大約兩週後,她就覺得腹部不適得到改善,開始吃得下東西。隨著營養狀況改善,精神、體力逐漸恢復,體重也慢慢回升。」

讓患者失去造血功能的骨髓纖維化

骨髓纖維化較常出現在中老年人,但各年齡層皆可能罹病,且男女比例差不多。李思錦醫師表示,骨髓纖維化是因為基因突變,使造血細胞異常增生,這些額外增加的細胞會產生細胞激素,使患者出現不適症狀。

另外,這些細胞激素會讓正常骨髓中的間質細胞纖維化,原本可容納造血細胞的空間,漸漸充滿纖維組織,而沒有足夠的空間造血。因為人體還是需要造血,所以會依賴髓外造血,由肝臟、脾臟等器官執行造血功能,因而導致肝臟、脾臟腫大。

什麼是骨髓纖維化?

正常脾臟重量約幾百公克,正常時通常無法摸到,李思錦醫師解釋,骨髓纖維化患者的脾臟變大,可能重達 1、2 公斤,甚至延伸到骨盆腔。異常腫大的脾臟會對其他器官造成壓迫,而導致不適,故患者常因為脾臟腫大而就診。

脾臟腫大會讓患者感到腹脹、肚子痛、吃不下、容易有飽足感,體重便會漸漸下降。李思錦醫師說明,骨髓纖維化症狀與造血功能失調有關,由於攜帶氧氣的血紅素不足,可能讓人體力變差、常感到疲累、注意力不集中;白血球低下,讓患者較常感染、發燒。另外,還可能出現搔癢、夜間盜汗、骨頭疼痛等症狀。

由於上述症狀較無特異性,也常被誤認為是老化現象,所以容易延誤就醫。李思錦醫師提醒,如果有這些症狀,應盡速就醫,安排進一步血液、骨髓檢查,才能盡早診斷,把握治療時機。

骨髓纖維化常見症狀

骨髓纖維化的治療選項

骨髓纖維化的根本治療,需要做骨髓移植,但對年紀較大的患者而言,骨髓移植的風險較高。李思錦醫師解釋,無法接受骨髓移植的患者會採取緩解治療,如患者的白血球功能較差、容易感染,可能會給予白血球生長激素;若是紅血球不夠,可以輸血或給予促進紅血球生成的藥物;若是血小板不足,可輸血小板,或使用促進血小板增生的藥物。

骨髓纖維化的治療

骨髓纖維化是基因造成的問題,目前已可使用口服藥物來治療,李思錦醫師說明,口服藥物可用於中度、高度風險的骨髓纖維化病人,來改善症狀。

「口服藥物有機會讓脾臟變小,患者比較不會那麼不舒服,吃得下東西,體力會比較好,生活品質也可以改善。」李思錦醫師表示,由於基因突變的累積,骨髓纖維化患者大約有 10% 會發生急性血癌,一定要按時回診追蹤。

貼心小提醒

骨髓纖維化會讓患者骨髓漸漸失去造血功能,從而導致多種症狀,李思錦醫師提醒,若出現骨髓纖維化十大症狀,包括疲勞、腹部不適、易有飽足感、體重下降、活動力不佳、注意力不集中、搔癢、骨頭疼痛、發燒、夜間盜汗,請盡快就醫。患者可使用「骨髓纖維化自我檢測量表(MPN10 量表)」來對十大症狀的嚴重度評分,從沒有症狀的零分到很嚴重的十分,以數字量化嚴重程度,有助醫師評估病況及治療成效。

骨髓移植有機會治癒骨髓纖維化,狀況許可時患者可接受骨髓移植。不適合接受骨髓移植的患者能夠接受緩解治療、藥物治療以改善症狀,提升生活品質。李思錦醫師叮嚀,骨髓纖維化可能演變成急性血癌,呼籲患者務必定期追蹤!

以上衛教資訊由台灣諾華協助刊登。TW2110021078

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