風力發電雖然被認為較環保，不過常常也會對周圍的鳥類生態跟居住品質（產生噪音）產生一定的衝擊。其實風力發電所需要的就是一個相對風不動的物體處在風中，讓空氣的的相對運動來產生電力。這樣的裝置，像是風箏跟氣球這種沒有固定基座，而本身可以停在空中的物品也達的到。
影片介紹的就是利用風箏跟汽球的結合，讓一個有轉動機構的大氣球經由充滿氦氣漂浮在風中發電，所發的電再經由纜線送回地面。雖然單位的發電量比不上固定的風力機組（目前預定2011年可能出貨的為100KW），但是這樣的設計也提供了很好的移動性，可以架設在比較多樣性的地方，或是緊急使用，更重要的或許可藉由調整到合適的位置，減少對周圍環境的衝擊。或許在未來可以結合像是太陽能發電或是各種機動配置計畫，達到更好的效果。
轉載自 科學影像
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近年來，以太陽能發電的再生能源備受關注。
太陽能電池是太陽能發電的關鍵裝置，這是用半導體將陽光的能量直接轉變成電能的裝置。雖然有「電池」這個名稱，但不像乾電池那樣可以儲存電能。所以「太陽能電池」這個稱呼其實並不洽當，應該稱其為「太陽光發電元件」才對。
太陽能電池會利用到第 1 章 1－2 節提到的半導體光電效應（將光轉變成電能的現象）。不過，僅僅只透過照光，並不能從半導體中抽取出電能。要將光能轉變成電能，必須使用 pn 接面二極體（參考第 1 章 1－8 節）才行。
圖 5－1(a) 為 pn 接面二極體，p 型半導體有許多電洞做為載子，n 型半導體內則有許多電子做為載子。這個 p 型與 n 型半導體接合後，接合面附近的電洞會往 n 型移動擴散，電子則會往 p 型移動擴散，如圖 5－1(b) 所示。
移動擴散之後，接面附近的電子與電洞會彼此結合，使載子消滅，這個過程稱為複合。結果會得到圖 5－1(c) 般，沒有任何載子存在的區域，這個區域就稱為空乏層。
接面附近的空乏層中，n 型半導體的帶負電電子不足，故會帶正電；另一方面，p 型半導體的帶正電電洞不足，故會帶負電（圖 5－1(d)）。
因此，n 型與 p 型半導體之間的空乏層會產生名為內建電位的電位差，在接面部分形成電場。這個電場可以阻擋從 n 型半導體流出的電子，與電子從 n 型流向 p 型的力達到平衡，故可保持穩定狀態。
這種狀態為熱平衡狀態，放著不管也不會發生任何事。也就是說，接面上有內建電位差之壁，不管是電子還是電洞，都無法穿過這道牆壁。
在這種狀態下，如果陽光照入空乏層，半導體就會在光能下產生新的電子與電洞，如圖 5－2 所示。此時，新的電子會因為內建電場所產生的力而往 n 型半導體移動，新的電洞則往 p 型半導體移動（圖 5－2(a)）。於是，電子便會在外部電路產生推動電流的力，稱為電動勢。
在光照射半導體的同時，電動勢會一直持續發生，愈來愈多電子被擠入外部電路，於外部電路供應電力。被擠出至外部電路的電子會再回到 p 型半導體，與電洞結合（圖 5－2(b)）。我們可以觀察到這個過程所產生的電流。
目前太陽能電池的大部分都是由 Si 半導體製成。以 Si 結晶製成的太陽能電池結構如圖 5－3 所示。
為方便理解，前面的示意圖中，都是以細長型的 pn 接面半導體為例。但實際上，太陽能電池所產生的電流大小，與 pn 接面二極體的接面面積成正比。所以 pn 接面的面積做得愈廣愈好，就像圖 5－3 那樣呈薄型平板狀。
前面的說明提到，陽光可產生新的載子，這裡讓我們再進一步說明其原理。
圖 5－4 為 Si 原子之電子組態的示意圖（亦可參考第 38 頁圖 1－11）。Si 原子最外層的軌道與相鄰 Si 原子以共價鍵結合，故 Si 結晶的軌道填滿了電子，沒有空位（圖 5－4(a)）。
若摻雜雜質磷（P）或砷（As）等 15 族（Ⅴ族）元素，形成 n 型半導體，便會多出 1 個電子。這個電子會填入最外層電子殼層的最外側軌道（圖 5－4(b)），與共價鍵無關，故能以自由電子的狀態在結晶內自由移動。
由於電子軌道離原子核愈遠，電子的能量愈高，所以位於最外側軌道的電子擁有最高的能量（參考第 57 頁，第 1 章的專欄）。最外側軌道與最外層電子殼層的能量差，稱為能隙。
另一方面，如果是摻雜鎵（Ga）或銦（In）等 13 族（Ⅲ族）元素的 p 型半導體，會少 1 個電子，形成電洞。這個電洞位於最外層電子殼層，能量比自由電子還要低（圖 5－4(c)）。
空乏層不存在自由電子或電洞等載子，此處原子的電子組態皆如圖 5－4(a) 所示。
陽光照進這個狀態下的空乏層區域時，原子的電子會獲得光能飛出，轉移到能量較高的外側軌道（圖 5－4(d)）。此時的重點在於，電子從光那裡獲得的能量必須大於能隙。如果光能比能隙小的話，電子就無法移動到外側軌道。
光的能量由波長決定，波長愈短，光的能量愈高（參考第 217 頁，第 5 章專欄）。光能 E（單位為電子伏特eV）與波長 λ（單位為 nm）有以下關係。
E［eV］＝1240／λ［nm］
另一方面，抵達地表的陽光由許多種波長的光組成，各個波長的光強度如圖 5－5 所示。
由圖可以看出，可見光範圍內的陽光強度很強。陽光中約有52％的能量由可見光貢獻，紅外線約佔 42％，剩下的 5～6％ 則是紫外線。
若能吸收所有波長的光，將它們全部轉換成電能的話，轉換效率可達到最高。不過半導體可吸收的光波長是固定的，無法吸收所有波長的光。
Si結晶的能隙為 1.12eV，對應光波長約為 1100nm，位於紅外線區域。也就是說，用 Si 結晶製造的太陽能電池，只能吸收波長小於 1100nm 的光，並將其轉換成電能。
不過，就像我們在圖 5－5 中看到的，就算只吸收波長比 1100nm 還短的光，也能吸收到幾乎所有的陽光能量。
光是看以上說明，可能會讓人覺得，如果半導體的能隙較小，應該有利於吸收波長較長的光才對。不過，並不只有能隙會影響到發電效率，圖 5－6 提到的光的吸收係數也會大幅影響發電效率。光的吸收係數代表半導體能吸收多少光，可以產生多少載子。
有幾種材料的光吸收係數特別高，譬如 Ⅲ—Ⅴ 族的砷化鎵（GaAs）。GaAs 的能隙為 1.42eV，轉換成光波長後為 870nm，可吸收的光波長範圍比 Si 還要狹窄。但因為吸收係數較高，所以用砷化鎵製作的太陽能電池的效率也比較高。
總之，GaAs 是效率相當高的太陽能電池材料。然而成本較高是它的缺點，只能用於人造衛星等特殊用途上。即使如此，研究人員們仍在努力開發出成本更低、效率更好，以化合物半導體製成的太陽能電池。
——本文摘自《圖解半導體：從設計、製程、應用一窺產業現況與展望》，2022 年 11 月，台灣東販出版，未經同意請勿轉載。
本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位。
你願意當未來世代的守護者嗎？
如何維護世代正義，正逐漸受到世界各國的矚目。臺灣也不例外，過去幾年，我們面臨核能去留、藻礁保育、淨零轉型、18 歲公民權等關乎未來環境與國家發展的議題。要不要守護未來世代？多數人都會說要！但如果守護的代價必須犧牲部分利益呢？中央研究院「研之有物」專訪院內政治學研究所冷則剛研究員、淡江大學公共行政學系黃寄倫副教授，從多國設立未來委員會與相關制度的經驗，分析世代正義的政策意涵，更為臺灣找出化解問題癥結的關鍵。
什麼是「世代正義」？世界環境與發展委員會（WCED）於 1987 年發布的《布蘭特報告》（Brundtland Report）中，有關永續發展的定義即提出對世代正義的關懷：
人類的發展能夠滿足當代的需求，且不致危及後代子孫滿足其需求的能力。
換而言之，世代正義要守護的未來世代，主要是尚未出生的未來人類。中研院政治所研究員冷則剛指出關鍵的衝突點。由於未來世代尚不存在，很難為沒有主體的群體主張權利。然而未來世代的命運會受到當代人群的影響，是不爭的事實，因此多數國家就此主張：我們有守護後代子孫永續長存的義務。
冷則剛進一步指出，如果我們用廣義的角度來看，或許將已出生、但還不具備公民權的兒少也納入未來世代，是較能說服人們的說法。
以核能去留問題為例，我們可從中體會現今政策對未來世代的深遠影響。核能發電帶來穩定的電力、低廉的電價，卻也產生核廢料處置及核電廠工程風險評估問題，成為未來世代需一肩扛起的重擔。但是未來世代無法為自己表達意見，有賴當代公民為其做出適當的選擇。
淡江大學公行系副教授黃寄倫表示，世代正義是放諸多國皆有的問題，因民主制度本身與世代權益存在根本矛盾。當代人群對於保護未來世代的「誘因」不足，雖然守護未來世代在道德上很合理，但政治人物會為了「選票」而優先處理當前問題，形成為人詬病的政治短視缺陷。
那麼，我們能否設計出因應此缺陷的監督機制？來看看其他國家如何在體制內設計守護未來世代的機制。
聯合國環境與發展會議（UNCED）早在 1992 年就提出「未來世代監察員」（Ombudsperson for future generations）與「未來世代守護者」（Guardian for future generations）的運作架構，用來監督會影響未來世代福祉的政策制定、決策及執行狀況。接著，開始有國家在體制內設立「未來委員會」（Future commission），針對相關議題提供充分且易懂的資訊，並改善民眾與政府的溝通管道，讓大眾在做決策時有參考依據。
在設立未來委員會的國家當中，芬蘭、以色列是較為先進的代表，而鄰近臺灣的日本、韓國雖未設立未來委員會，但在國家政策中已開始關心未來世代的權益。
● 芬蘭未來委員會：跨部會的諮詢智庫
芬蘭議會從 1993 年開始運作未來委員會，由 17 名議員組成諮詢智庫，主要職責為與政府部門溝通協商會影響未來世代的政策，包含：能源發展、人口變遷、基因改造作物、資訊科技對高齡者影響等政策。此外，委員會需研擬新政府 4 年任期內的「未來遠景報告」，針對未來經濟、社會、科技發展策略提出建言，檢視與分析各項政策的合理性與正當性。
● 以色列未來委員會：擁有審議權的監督機關
以色列則在 2001 年成立未來委員會，每 5 年為一屆委員會的運作週期，關注自然資源、教育、健康、科技等政策。特別的是，委員會不只是提供諮詢服務的智庫，還能提出法案、調查或調解爭議案件，對於立法者更擁有議案否決權。不過，以色列政府在 2011 年宣布，因經費因素，決議終止委員會的任務。此一委員會短短 10 年即走入歷史。
● 日本的做法：世代正義納入法律保障
日本並未設立未來委員會，而是將未來世代的權益納入法律保障。日本憲法明確規定：「憲法所保障的人民基本人權，應是賦予人民與『未來世代』擁有永恆且不可侵犯的權利。」2015 年，日本政府更通過《國民投票法》修正案，將投票年齡從 20 歲下修至 18 歲，賦予更多年輕世代參與公共事務、謀取未來福祉的權利。
各國世代正義監督機制的共通點為：在功能上，多是跨領域的智庫，形成超越黨派、跨部會的協商平台；在組織上，多在國會中設立，能監督政府施政、與社會大眾溝通。
在討論臺灣如何守護世代正義之前，我們先來釐清臺灣的政治現況。從核四公投即可發現，政黨之爭是導致未來政策懸宕不前的原因之一。各陣營通常只從對自己有利的角度來闡釋意見，最後演變成訴諸政治意識形態的衝突。事實上，擁核或廢核各有其立論基礎，關鍵在政府應該去創造一個讓人民能理性討論的空間，充分了解選擇或放棄核能的優缺點為何？要付出什麼代價？
以南韓的核電廠公民審議為例，時任總統的文在寅於 2017 年上任後，原先承諾停建的核電廠新古里 5、6 號機組，因工程只進行三成就花費高達 1.6 兆韓元（新臺幣約 367 億），決定推動公民審議，交由全民決議是否停建核電廠。在三個月內，南韓政府在全國進行隨機電訪，最終抽出 500 位公民代表，並經歷數場諮詢委員會、公開座談會、電視討論會，以及公民代表與未來世代（高中生）的討論會等。最後，進行三天兩夜的最終綜合討論會，得出公民審議結果。
在充分討論後，最終有 59.5% 公民代表決議恢復核能機組的建設計畫，但也有 5 成民眾希望逐步降低核能發電比例。因此南韓政府決定續建核電廠，也強調未來會朝階段性減核目標邁進，並提出能源轉型路徑。
南韓沒有公投法，只能由政府發起公民審議。反觀臺灣，我們有發起公投的機制，但理性且務實地決議未來政策卻相對不足。冷則剛認為，臺灣的公投問題出在科學論述不足，優缺點未正反並陳，政黨之爭模糊了議案焦點。他提出質疑，難道年輕人真的都反核嗎？高齡者真的都擁核嗎？不同世代的意見應該是多元並進，而不是彼此敵視。如何從立場爭執、世代衝突，轉而共同為未來發展理性討論？是臺灣社會需反思的課題。
如果將 18 歲以下、未取得公民權的兒少視為廣義的未來世代，怎麼在公民表決時納入兒少意見，成為少子化時代下尊重未來主人翁、落實世代正義的關鍵。目前已有多國選擇下修公民投票年齡，讓更多年輕世代參與公共事務。
在亞洲國家中，日本在 2015 年通過《國民投票法》修正案，南韓也在 2020 年依據《公職選舉法》，紛紛將投票年齡下修到 18 歲。尼加拉瓜、奧地利、曼島等部分國家甚至將投票年齡下修到 16 歲。
臺灣在行政院與各縣市設有青年諮詢委員會，但都著重在意見諮詢，決策上並無強制力。直到 2022 年 3 月 25 日，立法院才通過 18 歲公民權修憲案，明定國民年滿 18 歲者，有依法選舉、罷免、創制、複決及參加公民投票之權。此案將在同年 11 月 26 日舉行公民複決，這也是我國史上首次交付公民複決的修憲案。
對於下修公民權年齡，冷則剛舉雙手贊成，青少年也是廣義的未來世代，他們的想法應該被重視，而這也是臺灣處理世代問題的具體展現。黃寄倫則認為這是一個很好的契機，可以將世代正義的理念推廣出去，讓政治人物嗅到民意的新風向，進而提出更多有益世代正義的政策。
面對世代正義問題，借鏡國外經驗，臺灣還可以怎麼做？冷則剛、黃寄倫建議在立法院內成立「世代正義與永續發展委員會」，其最重要的功能是，喚醒全民與執政者守護未來世代的意識，進而監督與協調各部會的施政，撰寫白皮書建議長遠的政策方向。同時，成立與人民共享的資訊傳遞平台，交流並觸發更多有建設性的想法。
世代正義議題不是未來式，而是當務之急，有賴觀念、文化與制度的相互配合。冷則剛認為，在實踐世代正義之前，必須先培養三項民主素養：
公民意識覺醒、科學理性討論、世代之間共學
如果公民沒有意識到問題癥結，也沒有多元且充足的參考資訊，可能會被政治力量影響判斷，演變成世代之間的意識形態衝突。世代之間如何相互學習、尊重、攜手守護未來世代？我們還有一段路要走。
狐禪
