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新型紫膜複合材料與晶片之光電與光學特性研究暨應用

為了解決太陽光電ra值公式的問題，作者鄭凱如 這樣論述：

細菌視紫質 (bacteriorhodopsin, BR) 存在於紫色細胞膜 (purple membrane, PM) 中，為一具有光電轉換特性之蛋白質，可應用於各種光電裝置。本研究將PM與β-alanine胺基酸、生物辨識分子或無機奈米粒子分別結合製成新型複合材料或晶片，探討其光電與光學性質，並進行各種材料分析。首先將β-alanine與PM溶液混合並製備單晶體，發現PM的混入可使原本β-alanine晶體成為具有光電與非線性二倍頻特性之複合晶體。其次，將抗大腸桿菌 (Escherichia coli) 抗體以avidin-biotin生物親和作用固定化在塗覆有均一方向PM膜的ITO基材

上，並進行E. coli捕捉與偵測。發現PM晶片所產生之光電流會因菌被捕捉覆蓋晶片而下降，可應用於菌液濃度定量檢測；相同原理也可應用於一般革蘭氏陰性菌的檢測。再者，將奈米金粒子 (gold nanoparticles, AuNPs)，以生物親和作用或化學鍵結合於塗覆有均一方向PM膜的ITO玻璃上，同樣也發現AuNPs結合濃度增加時會使PM晶片光電流下降，80 nm AuNPs所造成光電流下降效應比10 nm AuNPs顯著；且當10 nm AuNPs塗覆濃度提升至1 µM時，PM晶片可能因AuNPs的SPR效應而造成PM脈衝式光電流的延長，以及PM化學電容效應增加。最後，將綠色量子點 (qua

ntum dots, QDs) 同樣接於塗覆有均一方向PM膜的ITO基材表面上，發現以藍光激發此PM-QDs複合晶片時，可產生連續光電流 (179.6±0.3 nA/cm2)；置換電極為金電極時，則可再提升連續光電流密度至5.7 µA/cm2。進一步，量測BR之M光學中間態的衰減時間常數，發現PM與QDs結合後會縮短，因此推測藍光激發PM-QDs晶片後，QDs先發射出綠螢光而激發BR進入光循環，同時藍光也造成BR M態加速衰退而立即回到基態，如此使BR持續推出質子並累積在PM膜表面而產生連續光電流。利用TEM分析QDs於PM膜上的結合分佈情況，可估算QDs與BR間的螢光共振能量轉移 (Förs

ter resonance energy transfer, FRET) 效率為85 %。此外，使用Maker fringes技術對PM-ITO晶片進行二倍頻量測，可得到PM膜的二階非線性係數值為 χ33(2) = 1.9×10-9 esu且χ31(2) = 1×10-9 esu，證明所塗覆在ITO電極的PM膜具有高度定向性；對於PM-QDs複合晶片，則因QDs的影響而無法測得這些參數。本研究所揭示PM複合材料與晶片之光電與光學特性，可應用於新型生物感測器和生物太陽能電池之開發。

仰角方位角與極軸式追日系統之差異性探討

為了解決太陽光電ra值公式的問題，作者王麒嘉 這樣論述：

近年來油價持續高漲，再加上地球暖化與環保意識抬頭，國際上對於二氧化碳的排放量，從開始的勸導宣傳，逐漸轉變為交易規章的訂立，並且建立了二氧化碳排放交易市場，以規範開發國家的年排放量。由於台灣能源大多依靠燃煤與火力發電，再加上來源多數仰賴進口，自產與進口比例相差懸殊，並且逐步提升，這實為一極大的隱憂，倘若爆發能源危機與交易限制，勢必發生經濟恐慌與社會動盪。為了思慮憂患並防範於未然，台灣必須盡快訂立永續發展的能源政策，以節約能源與提升能源效率，並且改善能源結構、增加低碳或無碳能源、減少高碳能源的使用，並且發展再生能源，配合國際上發展再生能源的經驗，藉此從中尋求進步。本論文針對太陽能的發展與利用進行

介紹，並且就目前國際上之研究與相關應用，進行追日系統的分類討論。實驗利用兩型自行研製的仰角/方位角式與極軸式之雙軸式、開迴路、主動型，光聚焦集熱追日系統，分別進行設計與製作上之機構特性進行探討。相較於仰角/方位角式系統，極軸式系統之機構主、從特性明顯，並且在系統定位上具有方向性，運用於高聚光型聚焦時，其太陽軌跡之追蹤公式必須進行修正。利用各自不同的機構特性，分別推導出其追蹤角度的軌跡公式，並藉由計算角度的偏差量、效率的衰減量，以求取全年中台南的能量獲得狀況估算，進而比對兩系統的特性。極軸式系統追蹤修正角度於白天全日時間中，皆在24∘以下，如運用於太陽能電池發電系統上，因為太陽能電池具有一定的接

收角度，所以造成的影響將會較不明顯，並且在追蹤軌跡角度變化上，位於太陽升起與落下的時間附近，於追蹤運作上可以進行規避。仰角/方位角式系統之追蹤軌跡角度斜率數值變化最大的時間點發生於正午左右，對於追蹤運作、系統基準零點與程式撰寫上，要產生規避的效果較為困難。在追蹤效益最佳的工作時間(上午八點至下午五點)區間中，以每4分鐘為追蹤間隔，相較於仰角/方位角式系統，極軸式系在追蹤軌跡之角度斜率變化比較平緩，並且可以以針對其斜率變化較大的缺點進行規避，使得其在能量收集效率上表現較佳，經估算極軸式系統約大於仰角/方位角式系統1%~7%左右。在機構所需轉動輸出的角度變化量上，極軸式系統約少於仰角/方位角式系統

9%~66%左右的角度輸出量。論文中利用各種實際的測試與實驗，如史特靈引擎加熱端所在的聚焦位置、系統追蹤的狀態、加熱端升溫的差異性以及追日系統在長時間運作下，其穩定性與可靠性的測試...等等，以針對各種影響特性，如追蹤程序設計與優劣、能量實際收集的狀況、無線量測的資料接收情形…等等，來進行探討比較，以做為後續研究的發展、實驗目標的設置規劃與選擇上，進行參考，從中達到持續完善的目標，並且希望在太陽能產業的發展和應用上，能夠有所貢獻。當陰天時，日照量低於損益平衡點300W/m2時，太陽能追蹤系統之整體消耗，將高於太陽能電池所獲得的能量，因此不建議系統繼續運作，可利用程式藉此進行系統的修整或復歸控制

。當日照量低於500W/m2，加熱端之聚焦溫度，亦將不容易高於所設定之工作溫度(500℃~800℃)，此時之系統效益較低，應該減少追蹤的次數或是停止運作，以降低耗能。因此相較於追求較高的日照量，穩定的天候與日照量，將是維持史特靈發電引擎穩定運作的重要因素。