介紹

聚熱式太陽能發電（ CSP ）技術，利用熱發電的模式，和傳統的發電廠大致相同，而不像光伏Photovoltaic PV原件一樣，直接從太陽光來發電。
CSP 系統利用一系列的大面積鏡子或拋物線槽，集中太陽光到接收器，接收器內有礦物油或熔鹽；由於這些液體升溫後（達到溫度高達400 º-600 ℃），可以通過一個熱交換器，產生蒸汽，而後高壓蒸汽用於驅動汽輪機、或熱力發動機、或者定引擎渦輪，再驅動發電機產生電力，包括拋物線槽(parabolic troughs)，太陽能塔(solar tower)，和碟式/引擎(dish/engie)系統，而這些多種不同類型的系統在過去幾年已經有高度商業的開發。

太陽能塔採用寬廣域的鏡子群，來反射陽光到塔中央的接收器上，陽光加熱水或熔鹽，流過接收器，再通過傳統的蒸汽發生器來發電；熔鹽的熱效率可以保留，因此它可以儲存數天再被轉化為電力；1999年在加利福尼亞州開始有示範廠，Solar One和Solar Two，目前該廠已停止運作，但仍有一些新的廠正在建設中。


拋物線槽使用長場域的拋物線，其中單軸軌跡追蹤鏡集中30-60倍的陽光，到反射焦點上的熱接收器管，從而加熱傳熱流體（即合成油）流通接收器。拋物線槽這個太陽能技術已被使用在9個1984年至1991年在加利福尼亞州Mojave Desert的發電廠；這些發電廠，稱為太陽能發電系統（ SEGS ），擁有354MW的總發電乘提供每日電力供電；雖然該技術已於自1993年停止運作，由於能源開發成本低，目前在石化燃料價格不穩定和溫室效應下之下，有幾個新的項目正在開發中。

碟式/引擎系統採用凹面鏡碟（類似於一個非常大的衛星天線），這凹面鏡碟收集和集中太陽的熱量到接收器上，接收器吸收的熱量轉換給發動機（通常是史特林發動機(stirling engine）內的流體，熱使流體擴張並推動活塞或渦輪產生機械動力，最後這個機械動力，再用於發電機發電。
目前，有一座位於美國亞利桑那州Sandia National Laboratories的六組25-kW 碟式/引擎(dish/Stirling engine)系統陣列的實驗廠，正在測試中。

在集中光伏電池（Concerntrating photovolatics CPV）相關的技術方面，改為以光伏電池為發電中心，集中陽光到光伏電池運作；工程師使用反射碟集中太陽光進入電池，而利用光電原理讓光伏電池運作發電；這個設備可使用很少的昂貴的半導體PV材料，同時設計收集盡可能多的陽光，但CPV光收集能力受地區上的太陽光資源限制，所以會要求增加追蹤陽光的設備，從而限制其使用。
從實用的觀來看，CSP好處是，它可以提供定期的和可預測的基礎負載功率，而且往往超過的60 ％容載以上，因為高熱相對來說可以比電容易存儲，而且大量的陽光是可以預期的照在世界上的固定地區。用熔鹽儲存的液體，是有可能的CSP電廠整個晚上運行，發電的多餘熱量可以儲存一天。雖然這在技術上是可行的，但在實際上，並非所有目前的開發商都認為這比其它方式經濟，許多人選擇了較短的儲存期，通常在一個小時。如果發生突然天氣變化，這使得他們難以繼續傳輸電力到電網中，所以他們必須給電網運營商整整一個小時的預警才能避免任何不遵守契約處罰。

聚熱式太陽能發電和聚熱鏡鍍膜Concentrating Solar Power (CSP) and Mirror Coating

聚熱式太陽能發電 Concentrating Solar Power（ CSP ）技術，使用大型反射鏡收集太陽光熱能轉換為電能，這是綠色發電的一項重要的技術但太陽能仍有成本太高的疑慮，所以現在降低成本為此技術的重大目標。
以聚能鏡而言，工程師經由技術的進步來降低成本；從以前沉重的反射玻璃鏡，到現在以輕巧的反射鏡，如超薄玻璃，聚合物，和包括改善表面塗層以減少污染的前表面反射鏡；另外，太陽能利用拋物面的反射，增加其工作溫度，從400 º C到 ＞ 450 º C，這樣的改變可以提高整體效率和減少發電成本。
對接收器的改進而言，目前工業上的塗料並不穩定，而性能方面則需要向更高的工作溫度提昇；我們目的是開發新的、更有效率的選擇性塗層且高的太陽能吸收率（α＞0.96 ）和較低的熱幅射度（ε＜0.07 ）而熱穩定性需高於450 º C ，並能增加使用壽命和降低生產的成本。

奈米TiO2薄膜玻璃吸收紫外線特性及作用

我們用紫外一可見分光光度計測試，其吸收紫外線波長範圍在279～452nm，其中在320nm吸收率最大，可達到70％；利用納米TiO，薄膜玻璃的吸收紫外線特性可使其應用於一些特殊的場合，例如文物館的門窗、展櫃等均可使用，這樣可間接達到保護文物的目的，特別是彩繪類文物。也可以用TiO2薄膜玻璃制作成流動展箱、畫框用於絲絹、古畫等文物的儲藏與展出，這樣可大大減少紫外線對文物的損害。

奈米TiO2薄膜玻璃表面超親水性及自清潔效應

通常情況下，TiO2薄膜表面與水的接觸角約為72度，經紫外光照射後，水的接觸角在5度以下，甚至可達到0度，水滴可完全浸潤表面，顯示非常強的超親水性。
停止光照射後，表面超親水性可維持數小時到一周左右，慢慢恢復到照射前的疏水狀態。再用紫外光照射，又可表現為超親水性。即採用間歇紫外光照射就可使TiO2薄膜表面始終保持超親水狀態。
利用TiO2薄膜表面的超親水特性和光催化分解油及有機污染物的性能，可使TiO，薄膜玻璃表面具有防汙、防霧、易洗、易幹等特性。
實驗表明，將TiO2塗敷在照明燈玻璃上，油膜經3天照射就可明顯減少，經5天照射就不留痕跡了；有機染料經3天照射，染料的顏色就可消褪。同時，塗敷有TiO，薄膜的表面與未塗TiO2薄膜的表面相比，顯示出高度的自清潔效應，一旦這些表面被油污等污染，因其表面具有超親水性，汙染不易在表面附著，附著的汙物在外部風力、水淋沖力、自重等作用下，也會自動從TiO，表面剝離下來，陽光中的紫外線足以維持TiO2薄膜表面的親水特性，從而使其表面具有長期的自潔去汙效應。
高層建築的外牆及頂棚完全可以使用具有光催化自潔功能的TiO2薄膜玻璃建材，可以分解油污、塵埃，分解後的污垢物經雨水沖刷可除去。這樣不僅有利於美化環境，也可減少因清掃帶來的不便和不安全因素。
將TiO2塗敷在隧道內的照明燈玻璃上，可防止汽車尾氣造成污染。這種具有光催化功能的照明燈玻璃表面不易積留污垢，可以減少清潔次數。日本道路公司已決定在高速公路隧道內一律使用這種照明燈具。
將TiO2薄膜玻璃置於水蒸氣中，玻璃表面會附著水霧，紫外光照射後，表面水霧消失，玻璃重又變得透明。在汽車擋風玻璃、後視鏡表面鍍上TiO2薄膜，可防止鏡面結霧。

奈米TiO2薄膜的光催化特性及殺菌消毒作用

人們的居住環境中存在各種有害微生物，尤其是居室中的一些潮濕場合，微生物容易繁殖，導致空氣和物品表面的細菌濃度增大，從而對人體產生危害。微生物如細菌是由有機複合物構成，因此可利用TiO2的光催化作用加以殺除。
奈米TiO2光催化作用對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌、綠膿桿菌等均有抑制繁殖和殺滅作用，當細菌吸附於光催化劑表面時，活性氧(·O2-)和自由基(·OH)能穿透細菌的細胞壁，進入菌體，阻止成膜物質的傳輸，阻斷其呼吸系統和電子傳輸系統，從而有效地殺滅細菌。
一般常用的殺菌劑銀、銅等能使細胞失去活性，但細菌被殺死後，可釋放出致熱和有毒的組分如內毒素；內毒素是致命物質，可引起傷寒、霍亂等疾病；而 TiO 2光催化劑不僅能殺死細菌，而且能同時降解由細菌釋放出來的有毒複合物；即TiO2光催化劑不僅能消減細菌的生命力，而且能攻擊細菌的外層細胞，穿透細胞膜，破壞細菌的細胞膜結構，從而徹底地殺滅細菌。
實驗證明，在玻璃上塗敷一薄層經過修飾的奈米TiO2微粒，自然光照射30分鐘對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌的殺菌率均達到90．00％ 以上。將 TiO2 微粒塗敷在玻璃上，光照3小時大腸桿菌可完全消除，其釋放出的內毒素也可同時得到有效降解。
將這種TiO2薄膜玻璃和薄膜陶瓷作為醫院的門窗玻璃和內牆裝飾材料，附著於牆面的細菌數可由原來的 5～10 cfu／cm降為0，空氣浮游菌數可由原來的25 cfu／(min·cm2·L)降為5 cfu／(min·cm2 ·L)。
奈米TiO2，微粒在殺菌消毒方面的作用優勢顯著，它不僅能在較短時間內殺菌，而且TiO2光催化產生的活性羥基能分解細菌生長所需的有機物，以抑制細菌的生長與發育，達到抗菌、殺毒的作用。由於納米TiO2光催化性能的諸多優點，同時光照不分解、耐酸堿、長效穩定、而且對人體無毒。

光觸媒薄膜的應用-光催化淨化空氣作用

淨化空氣
近年來，隨著室內建築裝飾材料、家用化學物質的使用。室內空氣污染越來越受到人們的重視；調查表明，室內空氣有機物濃度高於室外，甚至高於工業區。
目前已從室內空氣中鑒定出幾百種有機物質，其中有的是致癌物，居室、辦公室中所用塗料、粘接劑、油漆、膠合板、地板革、壁紙等都可向空氣中釋放揮發性有機化合物而造成室內污染；對室內主要的氣體污染物甲醛、甲苯等的研究結果表明，污染物的光催化降解與其濃度有關。
濃度低於 lppm 甲醛可完全被納米 TiO2 光催化分解為 CO2 和 H2O ，而在較高濃度時，則被氧化為甲酸；高濃度甲苯光催化降解時，由於生成的難分解的中間產物富集在 Ti 周圍，阻礙了光催化反應的進行，去除效率非常低。
但低濃度時，TiO2表面則沒有中間產物生成，甲苯很容易被氧化成 CO2 和 H2O 。實際人們居住的生活空間，甲醛、甲苯等有機物的濃度都非常低，在居室、辦公室、大型公共場所的門窗玻璃、陶瓷等建材表面塗敷TiO2光催化薄膜均可有效地降解這些有機物，淨化室內空氣。
除臭氣
空氣中惡臭氣體主要有五種：
1、 含硫化合物，如硫化氫、二氧化硫、硫醇類、硫醚類等。
2、 氮化合物，如胺類、醯胺等。
3、 鹵素及其衍生物，如氯氣、鹵代烴等。
4、 烴類，如烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等。
5、 含氧的有機物，如醇、酚醛、酮、有機酸等。
以前普遍採用活性炭除這些臭氣，隨著氣體在活性炭表面的堆集，其吸附能力明顯降低，使其應用受到限制：而TiO2光催化劑吸附這些氣體，經紫外光照射氣體分解後，又可恢復其新鮮表面，消除了吸附限制。TiO2光催化薄膜對乙醛等臭氣的光照射反應顯示，當臭氣的初始濃度大時(5000個單位體積濃度)，只有在紫外光照射下才具有明顯的消臭效果；而當其濃度低時(100個單位體積濃度)，通常的螢光燈就可將其完全分解。
量子效應的測定結果表明，進行低濃度乙醛的光催化反應時，普通螢光燈的效率比紫外光源要高得多，對其他臭氣如甲硫醇、硫化物、氨氣等也觀測到同樣的現象。人們對臭氣很敏感，但人類生活環境實際濃度都很低(一般在10個單位體積濃度以下)，這樣的濃度只要使用白色螢光燈所含的紫外光量就足以將其除去。
此外，近年來圍繞TiO2光催化劑專門研製的除臭裝置和產品，除臭效果也非常好，例如採用TiO2光催化劑和氣體吸附劑(沸石、活性炭、SiO2、Ai2O3 等)組成的混合型除臭吸附劑已得到實際應用。氣體吸附劑吸附的臭氣經表面擴散與TiO2光催化劑接觸後，就會被氧化分解，既不會降低吸附劑的吸附活性，又解決了TiO2光催化劑對臭氣吸附性較差的缺點，大大提高了臭氣的光降解效率。
還有日本三菱公司利用TiO2和無機粘著劑複合開發的光催化薄板，對乙醛、甲硫醇、硫醚、硫化氫、氨、三甲氨等臭氣的良好去除性能，也已得到實驗證實。

光觸媒的作用與TiO2介紹

化學反應上，觸媒是自己本身在反應的前後沒有變化，而是增加化學反應效果的物質；因些當光接觸到觸媒本身時，觸媒本身不發生變化，而是被反應物與光發生變化，所以稱為光觸媒，而平時若缺乏光觸媒時，光與被反應物不會發生化學變化。
如三氯乙烯與光觸煤TiO2的反應：在UV光下
CHCl=CCl2＋4H2O＋6H＋ → 2CO2＋3HCl＋6H＋
納米TiO2為n型半導體材料，在光照條件下尤其是在紫外光照射下而其band gap(3~3।2ev) 以上，傳導帶的光生電子(e-)與價電子帶的空穴 ( h+ ) 會因此而生成，因而引起光觸媒反應，而 e- 和 h+ 與吸附在 TiO2 表面上的 H2O 、O2 等發生作用生成·OH 、O2- 等活性基團；而 TiO2 因由這些反應，會形成很強的氧化分解力和超親水性的化學現象。
OH 基團有很強的氧化能力，而且對作用物幾乎無選擇性，能將有機物氧化、分解，最終分解為 CO2 和 H2O ，這就是 TiO2 微粒的光催化特性，這個特性就是淨化空氣和除臭的關鍵。

光觸媒光反應所生的價電子帶的空穴 ( h+ )，會被表面擴散的格子氧氣補捉到而形成 OH 離子，或是直接將吸附著物質氧化，價電子帶的空穴被格子氧氣補捉到時Ti－O 之間的結合距離變長，氧氣缺陷配位的．OH基和 TiO2的相互作用，因光照射而減弱；此時，吸著水和 Ti 的配位而形成新的表面．OH基，使 TiO2 表面的 ．OH基密度增加。
光暗時，隨著表面．OH基的減少， TiO2 表面會漸漸回到原來親水性不高的表面，光生成的表面．OH基；因熱力學的不安定的準安定狀態，光照射後的氧化表面自由能，比照射前會變高，親水性就高了起來。

光觸媒薄膜-介紹

光觸媒的研究，首先始於上世紀70年代的日本；學者發現水的光分解現象而開展，從學術上的基礎研究，很快的到工業上的應用，30年後已快速的許多領域的實際應用，也在經濟上占了一個很大的營業額。光觸煤的基本領域可分為「空氣淨化」、「水淨化」、「抗菌、殺菌」、「防霧」等4個應用項目，這都是非常典型綠色科技，所以光觸媒薄膜可說是非常典型的綠色薄膜。

透明導電膜和保護膜在節能螢光燈的應用

低壓鈉燈（Low Pressure Sodium Lamp）
低壓鈉燈（Low Pressure Sodium Lamp）用鈉代替汞可得到含有589nm及589.6nm（D線）的黃光，但鈉熔點比汞高，也比汞活潑，要用抗鈉玻璃。因為D線的發光效率約為530lm/W，所以低壓鈉燈的發光效率可達100~200lm/W，只是其演色性很低，Ra=44，另外要長時間才能暖起來，所以大部分應用在街道及公路上。

普通的透明導電膜SnO2 用在快速啟動螢光燈的內殼表面。自ITO(Indium Tin Oxide)薄膜開發以來，由於該膜的比阻抗小、可見光透射率高、附著牢固、耐藥性好、電氣化學穩定性好的特點．已廣泛用作液晶顯示和等離子顯示的面板、太陽能電池等的透明電極材料。ITO薄膜可採用噴射法、濺射法、化學氣相沉積法制成。，ITO薄膜在可見光範圍內幾乎是透明的。在綠色照明中將ITO膜用作低壓鈉燈管的內面的透明導電膜，比使用Sn02 膜節電約10％。
綠色照明中普遍使用高效節能的緊湊型螢光燈，細管徑直管螢光燈和環形螢光燈，其總光通量約占人造光源總光通量的80％ 以上。由於這類節能型螢光燈採用了較細的玻璃管和三種基準色的螢光粉及鈉汞．加之有些燈採用高頻點燈，使得螢光燈管壁溫度高。
由於燈內鈉汞齊和雜質氣體及金屬態汞微滴的存在會引起燈管黑化，紫外輻射和高溫會引起的螢光粉劣化，帶電螢光粉對汞和氧化汞的吸附引起燈的光衰減；為解決螢光燈的黑化和光衰減問題，在螢光燈管壁和螢光粉之間塗一層保護膜。；該保護膜塗層應均勻、無細孔隙、能抗鈉的腐蝕，並具有良好的可見光的透射率和對紫外光(253．7 nm)的高反射率的性能 保護膜有透明型和半透明型兩類。
透明保護膜的材料主要為氧化鈦、氧化鑭、氧化釔和氧化鈰等，將它們配製在有機溶液中塗敷在燈管內壁，然後經熱處理形成氧化物保護膜，該膜優點是膜層薄均勻、透光性好、抗鈉污染，在彎管中有較好耐久性；缺點是對玻管的粘著力變差，厚度控制困難，材料成本費高，影響在螢光燈生產中的實際使用，半透明保護膜的材料為γ一A1203，將其配製在有機溶劑或水中製成懸浮液，用浸漬法塗佈燈管內壁，經乾燥處理成膜．可根據塗膜材料的品質、塗膜後可見光的線性透射率的變化或肉眼直接目測控制膜厚。
該膜具有製作簡便、工藝易於控制、價格低廉和吸附力比透明保護膜牢固等優點，雖然該膜會使燈的初始光通量略有下降，但保護膜效果僅略低於透明保護膜，起到減低燈的光衰速度、延長燈壽命的作用，是節能熒光燈生產中廣泛使用的保護膜。

反光鏡所應用的薄膜技術

為了減少照明器具反光鏡的熱損失和對人的不適感，在反光鏡中採用了紅外反射膜，除在傳統的玻璃反光鏡上蒸鍍紅外反光膜外，先後開發了在金屬底板和塑膠底板反射鏡上蒸鍍各式光譜選擇反射膜，近來鋁制反光鏡採用多層增透組合膜，是由電腦模擬設計膜層蒸鍍程式制作的反光鏡。
早期的反光鏡多為玻璃所作成，玻璃耐熱好表面光滑，但在玻璃上加工有一定程度的困難；目前可使用耐熱塑膠作為替代品，一般作為反射鏡用的耐熱塑膠作基板，除可射出成方形和橢圓旋轉體外，還可製成自由曲面的各種形狀反光鏡。
通常小型反光鏡採用玻璃底板，大型聚光反光鏡因為熱度高，會採用金屬底板；形狀自由度高的輕型反光鏡選用耐熱材料底板；用作聚光燈的反光鏡．現已推廣應用到植物栽培、舞臺照明、牙醫用鏡、光導纖維集光鏡等方面。

在綠色照明中為進一步提高反光鏡的反光效率，近來又開發高效率的反光鏡；其中一類為採用高全光譜反射的金屬銀膜(反射率為98％)，來替代反射光譜不完全的金屬鋁膜(反射率為 90％)，為保證金屬膜層的緻密性，在基底表面先塗一層有機膜使表面平滑，再蒸鍍金屬銀膜；為提高耐腐蝕和持久性，在銀膜上再鍍一層有機塗膜。

有機塗膜的種類有矽系、丙烯系、尿烷系、環氧系，塗膜方式主要為蒸鍍式，最上層的薄膜也可用浸塗式；該銀膜現已用於白熾燈、緊湊型螢光燈、細管徑螢光燈的深形的反光鏡，不僅大幅度提高了反光效率、增加光輸出，而且還具有耐酸堿腐蝕、耐熱、耐氣候變化、耐濕等性能；另一類高效反光鏡為增強反射膜反光鏡，該反光鏡是在原鋁膜反光鏡的基礎上，在鋁膜上加鍍多層光學保護膜以提高反射率．可根據使用光源的發光光譜和標準視感效率選用膜的構成和膜厚作為光學多層保護膜材科，大多數採用低折射率的SiO2、MgF2 和高折射率的Ti02、Ta205 等。工業上鍍膜為了維持光學折射率的穩定性，一般採用IAD的方式，也有少部份採用濺鍍的方式，但由於基板並非平板，所以鍍膜容易產生誤差。

紅外反射膜在鹵鎢燈中的應用和設計(2)

另外如果入射光是斜入射的話，我們也可以有不一樣的設計方式：黏貼兩面稜鏡於玻璃平板上，讓部份光自然的從不同方向反射走，干涉面再鍍任何選定穿透波長的膜系，這樣任何反射(截止)的波長範圍都很容易做到。
這種設計有2個優點：
1、 可以達到寬廣反射(截止) 波長範圍。
2、 穿透區可以有較高的穿透率，穿透域也可以設計比較窄。但是這些設計仍然需要相當多的膜堆設計

而在考慮只鍍單層膜，ITO(Indium tin Oxide)，Cd2SnO4 是很好的材料，一般這些材料常用在導電薄膜上；但我們發現在光能利用上，這些材料在可見光有很好的穿透率，它的Refractive Index在可見光可以為1.70，而在紅外區則有良好的反射和部份的吸收。以下為雙面AR coated 鍍上1.2 μm ITO ，之後在不同的光入射角度下來做分析；可以得知光在大角度入射時，較符合設計的要求，所以貼稜鏡(prism) 再鍍ITO是一項符合需求的工業產品

由於ITO單層鍍膜在透射區的Ripple仍然很大，所以我們會考慮使用多層干涉膜來減少穿透區的Ripple，在Fig11第1圖使用ITO 和 Nb2O5 材料，Cut off 點在1054 nm，總共鍍了15層1920nm厚。
第2圖總共使用了3種材料ITO,Nb2O5和SiO2,共鍍13層2250nm厚；這些膜層並不多，要求精密度不會太高，利用Sputtering 和IAD皆可完成，如果要求的誤差大一點，也有人使Sol-Gel的方式鍍膜。