綠色能源與材料科技 (二): 太陽能

綠色能源與材料科技 (二): 太陽能

一、太陽能光電裝置

太陽能板

地球的大氣，海洋和陸地吸收的太陽能每年大約是 3,850,000 艾焦耳 (Exa Joule，EJ)。在2020年，一小時內所能吸收的太陽能比全世界在一年內使用的能量還要更多，雖說「取之不盡，用之不竭」，如何有效取用是最大的挑戰。利用太陽能的方式很多，包括太陽熱能集熱，太陽能光電發電，太陽熱能發電，和人工光合作用等，而以太陽能光電發電最為重要。

如何有效應用太陽能是最大的挑戰

約有一半來自太陽的能量可達地球表面

太陽能電池在一九五零年代就被製造出來，目前主流是用單晶矽與多晶矽為基板，轉換效率分別達26.7%與23. 3%  (理論極限為29.4%，稱為 Shockley–Queisser 極限)，同時不僅晶片，模組價格也都節節下降，已漸具經濟價值，到2020年，全球已裝設773 兆瓦 (Giga W，GW)，相當於285座核四電廠 (原預計 2.7 GW)，預計到2050年會達到4.7 兆瓦 (4,674 GW) ，那更相當於1,700個核四電廠，將為全球能源最大來源。

太陽能電池效率圖

矽晶基板與太陽光譜

Shockley–Queisser 極限

太陽能發電指數式增加

太陽能光電累積裝置量排名

太陽能板的成本從2000年到2018年已經降低了70-90%電廠的成本，某些地區大型太陽能電廠成本已經比傳統電發還低，但屋頂型太陽成本還是偏高，且投資電廠須要高額的初期投資。同時太陽能發電有間歇性、受日夜與氣候變化影響，用於大型電網必須要有其他能源備載。

晶片價格節節下降

模組價格也快速降低

投資電廠須要高額初期投資

必須要有其他能源備載

設立大型太陽能電廠，用地廣而且要考慮日照因素。大規模地面型太陽電廠，如果設計不當，會造成生態和環境的影響。太陽能電池板壽命有限。大約是20-30年。而生產時所需使用的矽、鍺、硼可能會造成其他方面的污染，需妥善管控處理。太陽能板的原材料和電腦晶片原材料一樣。大量生產過程中化學物質是有毒有害，主要靠工廠所在地法律法規管控。

太陽能電池剖面圖

在太陽能電池研究上，除矽晶材料外，多種其他半導體材料如非晶矽、GaAs、CdTe、CIGS、鈣鈦礦以及敏化染料等也都展現應用的潛力，近年來二維材料太陽能電池也受到相當的注目。二維材料是指材料在三度空間某一方向的尺寸是原子層級。最先是在2004年開發的石墨烯，具有許多奇異的性質，推向原子級科技極限，發明人並因此得到2010年的諾貝爾物理獎，其後化合物二維材料，主要是過渡金屬與硫屬化合物，如MoS2、WS2等，也紛紛登上世界舞台，可能為未來的科技發展與產業帶來石破天驚的改變。二維材料也將使奈米科技的應用發展，更進一步並廣泛的深入各種應用科技領域。

石墨烯

以原子尺寸橫向單層 p-n 異質接面太陽能電池研究為例，其中包括製作原子尺寸轉變二維單層 WSe2-MoS2 p-n 橫向異質接面的太陽能電池，該異質接面通過兩段式以化學氣相沉積法合成，首先生成單層WSe2，再於上成長單層MoS2，用各種可分析單層原子，甚至單原子，的儀器，如原子力顯微鏡與穿透式電子顯微鏡等鑑定材料的結構與性質，其次利用電子束蝕刻技術製作WSe2-MoS2 p-n 橫向異質接面的太陽能電池。在模擬太陽光 (AM 1.5G) 照明下，實現了高達 2.56% 的功率轉換效率 (PCE)。電池的平面結構並導致前所未有的全向光收集行為，在 75° 的高入射角 (AOI) 下僅損失 5% 的 PCE。對斷路電壓 (Voc) 和短路電流 (Isc) 的低溫測量和模擬證實了光電效應源自單個 WSe2-MoS2 單層形成的橫向 p-n 接面。此外，也表明不受環境影響的二維單層元件在沒有保護層的情況下也是可行的。結果顯示單層 p-n 橫向異質接面在開發下一代光電元件，特別是穿戴式裝置，方面的潛力。(略)

本研究是利用新開發的材料系統製作具特殊應用價值的光電元件，屬性上是科學研究以及技術發展，有初步優良成果，是否導致規模化製造，還待進一步研發以及評估相關應用性、成本等問題。

橫向單層 p-n 異質接面太陽能電池

「AI倫理治理與醫療防疫」研討會閉幕致詞

「AI倫理治理與醫療防疫」研討會閉幕致詞

目前最夯的兩大議題

給AI一個大顯身手的機會

必須特別審慎面對

很感謝大家光臨本研討會，聆聽多位頂尖專家學者分享他們對目前最夯的兩大議題的看法。

今天的研討會從規劃到舉行，可謂一波三折。研討會原定本年2月，再延到4月進行，最初規劃主題是AI倫理與治理，因疫情延到10月，並將議題改為「AI倫理治理與醫療防疫」。最近兩年，在科技界最夯的字眼無疑是AI，萬萬沒有想到，在2020年疫情搶戲，但正如朱院士說到，給AI一個大顯身手的機會，也是AI第一次在世界性的重大事件中發揮顯著功能，讓大眾更理解到「AI時代來了」。

陳建仁院士很詳盡的說明「AI與防疫科技」，一方面大家要恭喜陳院士今天榮獲高雄醫學大學頒授博士學位，並感謝他從高雄趕回來參加研討會，同時也慶幸也因為研討會延到十月，讓陳院士能以學者身分蒞會演講，正如郭校長主持時說，陳院士演講是目前國內最完整、最權威的有關利用AI防控新冠疫情的報告；陳院士演講重點從新興傳染病擴散軌跡的即時監控、預測疫情擴散風險、入境檢疫、傳染病原基因體演變、臨床診斷、密切接觸者的回溯與追蹤、居家隔離/檢疫的強化、維持社交距離、避免群聚活動、疑似個案的通報檢驗、抗傳染病原藥物研發：老藥新用平台到醫療院所感染管控，從方方面面，無不可看到AI具體而有效的應用，讓人印象深刻，也讓人慶幸AI適時的迅速發展，讓人類在面對極為刁鑽的病毒防疫上，有了克服困境的利器，而在台灣更發揮了巨大的功效。

本次研討會從原訂日期，再改到今天舉行，一個主要原因是配合多位海外院士在中研院會議的行程，但人算不如天算，今天何志明院士仍只能用錄影與視訊方式與會。何院士「AI與醫藥發展」演講，除宏觀的介紹外，是報告利用AI達成醫藥發展的突破；也就是發現人工神經網絡可以將藥物劑量組合的輸入與患者的反應，功效/毒性相關聯 (phenotypic response surface，PRS)，而無需對藥物分子與生物分子之間的複雜相互作用進行分類。

該AI-PRS平台無需依靠常規的試驗和錯誤方法，即可使臨床醫生根據實驗測量的功效/毒性確定性地優化治療方案。另外，可以在工作量，時間和成本上節省幾個數量級。此外，AI-PRS平台可以動態調整特定患者的代謝和其他生理功能變化所需的劑量。個性化療法首次成為可能。何院士今天除以播放錄影方式所作精彩演講，並以視訊全程參與下午的「AI與醫療防疫」論壇到美國西部時間深夜一點多，特別令人感謝。

中技社從2018年3月舉辦三次研討會，分別從AI對社經政等宏觀領域的影響，再到與社科文教等跨領域應用，進而對個人日常生活的體現，做出既廣泛又深入的探討。由於AI發展的突飛猛晉，不可避免的漸走入面對「倫理治理」的深水區，朱雲漢院士在討論倫理與政府治理議題，結合當前Covid-19疫情時事，探究AI科技在應用到醫療與防疫領域政府治理需注意的面向。

他探討的重點包括在後新冠病毒世界，人類將全面迎接AI驅動的社會變革之巨大挑戰，認為未來已來，智慧公共治理時代已經來臨，數位經濟時代正式開啟，對於多個跨國科技公司巨大到無法無天，提出寶貴的建立社會新契約的建議；未來世界將看到數位資本主義與數位共產主義的競爭，而如何引導AI為善、制止為惡是必須正視的問題。朱院士並期許AI為善可以是中技社的時代使命。

郭毅可院士談「理解機器行為：人機共生世界中的生存方式」；由於AI是由人造機器展現的智慧，AI時代機器無所不在，也就是人機共生世界，人與機器將協同工作並共同生活。在這個世界上，機器與人的交流以及互操作性至關重要。通過人了解機器行為和通過機器了解人類意圖是人機交互的兩個主要方面。但是，這種相互理解是AI研究中的最大挑戰之一。他在演講中，通過指出一些關鍵的理論和實踐挑戰來討論人機交互中的一些重要研究領域。專注於可解釋，可驗證和符合道德的AI研究及其可能的研究路線的討論。郭院士的結語：「但求機器做的對；人製造機器為夥伴；相互理解是人機共生世界的基礎」，刻劃出未來世界的遠景。

郭院士在回答論壇主持人李羅權院士對美國總統大選的提問時，雖然他強調是個人看法，而無大數據分析為背景，出人意料地認為川普會連任；這讓人想起一向強烈抨擊川普的紐約時報，最近刊載一篇專文體醒大家川普的對手拜登並非穩贏，作者的用語是 “Joe Biden is not out of woods yet”，也就是並不明朗。這裡我也要特別表達我自己對秋冬來臨台灣防疫未來也並不明朗的憂心，是大家必須特別審慎面對的。

除四位院士精彩的演講外，在早上與下午的圓桌論壇中，多位頂尖專家也分別分享他們對相關議題的看法，並透過對話方式，釐清論點，相信與會貴賓一定也受益匪淺。

最後，我要感謝各位主講人、主持人、與談人以及與會嘉賓共襄盛舉。本研討會從規劃到今天的順利圓滿舉行，仰賴中技社的持續全力支持，尤其王釿鋊主任率領的團隊在一般舉辦大型研討會的繁鉅事務外，增添部分主講人的錄影與視訊工作，備極辛勞但圓滿達成任務，讓我們一起報以最熱烈的掌聲，表示感謝。同時祝大家都能 Stay healthy and happy，也就是在疫情中得到平安，由AI應用得到快樂。

「AI倫理與治理」圓桌論壇與談

 「AI倫理與治理」圓桌論壇與談

體認到價值的多元性

普世價值操作性也大有問題

倫理往往由文化形塑

價值與治理都不可互缺

打開演算法黑箱

今天上午的圓桌論壇由多位專家學者分享對「AI倫理與治理」的看法。倫理牽涉到價值觀；我們常說普世價值，譬如自由、平等、博愛，是大家所想望的，但在現實上，自由有一定的限度，平等常常淪為口號，博愛是可望而不可及的，同時掌握在擁有話語權的人手中。

近年來世人開始體認到價值的多元性，因時因地因情況，會有不同的看法；譬如說世界第一個民主共和國，美國，在憲法中明定，黑奴在眾議員名額和直接稅稅額，以自由人的五分之三計算，到內戰結束後。1868年美國憲法第十四修正案明確指出「眾議員名額，應按各州人口比例進行分配，此人口數包括一州的全部人口數，但仍不包括未被徵稅的印地安人」，同時婦女在二十世紀初才有投票權；一人一票多數被選舉人制抵銷，選出說謊成性、品格低下的總統；社會流動停滯、貧富不均越發嚴重、種族關係越形緊張，所以不僅普世價值受到質疑，其操作性也大有問題。

另一方面，倫理往往由文化所形塑，文化既有多元性，在善與惡、對與錯、美德與惡習、正義與犯罪、聰明或愚蠢等概念都有分歧之處，因地制宜，因此如果為AI制定有關倫理的指令，將是一個大難題。

日裔美國歷史學家福山，在蘇聯剛瓦解之時，預言，歷史將由「自由民主」和資本主義定於一尊，但近三十年世局變化，讓他體認到「國家治理能力」也是決定性的因素，因此價值與治理都不可互缺。

今天我打算從最近閱讀兩本書，了解的社交媒體平台Facebook (臉書，FB)，以及FB所涉及的幾個重大事件，談談與AI演算法有關的「倫理與治理」。

英國科普作家漢娜‧弗萊 (Hannah Fry) 在所著「打開演算法黑箱」談到當演算法出了錯，人類還能控制它嗎？[1] AI已漸進入醫療診斷、司法體系、新興的商業購物及帶有大量政治爭議性的民主選舉操作；弗萊認為演算法為我們的道德下定義、評量我們的情緒表現、掏空我們的民主體制，討論「迎接演算法美麗新世界，我們如何在機器時代當個人？」演算設定來自人類，因人而生，但造成傷害層出不窮，必須加以導正；內容豐富而發人深省。書中特別提到大學生祖克柏 (Mark Zuckerberg) 在2004年創辦 FB 不久，在與朋友即時通訊交談時，即顯示出自始即對隱私抱持馬基維利式的態度。以近年發生的重大事件來看， FB 將幾十萬人的數據提供給英國的競選顧問公司【劍橋分析】 (Cambridge Analytica)；在2016年英國脫歐與美國大選中，都扮演了重要角色。

據估計，Facebook 在全球約有25億人使用，營收約達200億美金，市值約8,000億美金。為無遠弗屆的全球性社交平台，有研究結果顯示，如果在臉書上按了三百個讚，FB 分析後要比他的配偶更了解他，[2] 是屬於朱雲漢院士所說的大得無法無天的媒體巨獸。

【劍橋分析】前僱員克里斯多福·懷利（Christopher Wylie），也是揭發【劍橋分析】醜聞的吹哨者，在所著「心智操控【劍橋分析技術大公開】」中詳細披露了數據洩露事件。[2] 以美國大選為例，Cambridge Analytica 利用 FB 提供的用戶數據，並收集用戶的 FB 朋友的個人數據，據以盜用美國超過七千萬用戶的數據，建立其政治趨向檔案，廣告會根據分類對川普支持者與潛在的搖擺選民，予以輸送客製正、負面訊息，影響選民投票；結果顯示，在賓西法尼亞 (Pennsylvania)、密西根 (Michigan)、威斯康辛 (Wisconsin) 州，共46選舉人票，川普都以些微差距險勝，如果由其對手拿下，則整個選舉將翻盤，所以一般認為【劍橋分析】起了極大的作用。尤其據研究，一個人的網路行為如果遭到掌握，其心理狀況也同時被有效的定位。

Facebook 設計的演算法如創辦人祖克柏 在2017年一次演說中說利用AI助成建立「有意義的社群」(meaningful communities)，讓志同道合的人，如宗教團體、學習社群、各種支援組織等，容易凝聚再一起，但也讓各種極端份子更容易結成社群，變得更為極端；就在最近，美國密西根 (Michigan) 州意圖綁架州長的極端右翼民兵組織利用 FB 招募成員、徵詢與交換意見、共享並討論炸彈與武器測試影片、號召暴力行動，僅是其中一例；FB 也體認到極端右翼民兵組織暴力傾向的嚴重性，自8月起，禁止其使用 FB，到九月底，已下架300個相關組織，高達6,500 個群組，具體成效則尚待驗證。同時 FB 宣布，鑒於美國選後錯誤或虛假訊息可能導致的紛亂，在選舉日投票結束後，將拒絕刊登政治性廣告一段時期，直到對候選人或政治團體想要破壞選舉結果不再有疑慮為止，也顯示 FB 體認可能造成的傷害的嚴重性。

據最近研究，在FB上散佈不實消息的情況更趨嚴重，總體而言，在 FB 按喜歡，發表評論和分享來自定期發布虛假和誤導性內容的新聞媒體的文章，從2016年第三季度到2020年第三季度大約增長了兩倍。同時，祖克柏也於最近宣布，將下架否認或扭曲納粹曾屠殺猶太人的網頁。

另一方面，Facebook 對於其應用的負面效應，也深感憂慮；祖克柏曾公開要求政府立法管制，特別是在有害內容 (harmful content)、選舉誠信 (election integrity)、隱私 (privacy) 與數據平台轉換性 (data portability)；這些都是相當棘手的問題，是公司甚至政府治理的盲點。

以 FB 近年作為，造成社會巨大紛擾為例，可見各國政府對數位科技巨獸的制衡已刻不容緩，朱雲漢院士提出的建立數位時代的社會契約是包括防止數位資產的獨佔、禁止個人數位資料被濫用，確認數位資產的集體所有權等是非常正確的方向，然而執行面險阻仍多，需要AI時代公民共同努力。

參考資料

[1] 漢娜‧弗萊 (Hannah Fry)，「打開演算法黑箱」：反噬的AI、走鐘的運算，當演算法出了錯，人類還能控制它嗎？(Hello World: How to Be Human in the Age of the Machine)，林志懋譯，臉譜出版社，台北 ( 2019)。

[2] 克里斯多福．懷利(Christopher Wylie)， 「心智操控【劍橋分析技術大公開】」(Mindf*ck: Inside Cambridge Analytica’s Plot to Break the World)，劉維人譯，野人出版社，台北 ( 2020)。

「AI倫理與治理」演講主持人引言

「AI倫理與治理」演講主持人引言

AI倫理與治理問題越發重要

「做對的事」牽涉到價值觀

必須考慮到實務操作問題

歡迎大家來參加今天的研討會，早上的議程聚焦於AI倫理與治理；剛才蕭副總統談到台灣防疫有成與戴口罩的關聯，民眾視情況自動自發戴口罩是講倫理，政府對戴口罩場合作某種規範則是治理問題。有鑑於AI越來越強大，越來越普及，相關倫理與治理問題，就顯得越重要。

在倫理方面，AI是照我們所設計的演算法運作，如果遵循一個口令，一個動作，就如我們說的 do the thing right，也就是「依章行事」，但談到倫理問題，是 do the right thing，「做對的事」，這就牽涉到價值觀，也是這哲學問題；不同的哲學，會導致不同的演算法，有不同的後果，必須要正視。蓄勢待發的無人駕駛行車安全，例如他的設計，是以保障乘客安全，還是造成最少人命損失為優先，就是上路前必須釐清的問題。

治理則是上位問題，屬於應用倫理學範疇；一方面是利用AI做有效治理，另一方面則是對AI 開發的治理；利用AI做有效治理的例子，一地的犯罪率大減，可歸因於街頭密布的監視器、高明的人臉辨識技術等，據報導，原來相當嚴重的新疆維安問題，近4年都沒有再出現恐怖攻擊，就是一例；最近大陸十一長假，有七億人次出遊，各大景區萬頭鑽動，顯示防疫成功，也是拜AI促成的健康碼制度建功。

在AI 開發的治理方面，上述例子的個人隱私問題需要考慮，社交媒體，如Facebook，所收集的數據在上次美國大選被用來影響投票趨向，推特被美國總統川普用來散佈錯誤訊息，最近的例子是美國FBI破獲密西根州極端右翼民兵組織，利用Facebook 來協調他們意圖綁架州長的計畫，而Facebook作為極端分子的溫床與工具，已成為日趨嚴重的問題，需要妥為規範。

以上可見，不論AI倫理與治理，都已經超越學術討論範疇，而必須考慮到實務操作問題。因此本研討會邀請兩位頂尖專家，主講相關議題，同時邀請多位專家學者在隨後的論壇就此議題討論，必能多所啟發。

朱雲漢院士主講「展望後新冠病毒世界的科技與社會：人工智慧帶來的社會、政治與經濟變革機遇與挑戰」。朱院士在台灣大學政治系畢業後，到美國深造獲得明尼蘇達大學政治學博士，返國後歷任中央研究院特聘研究員與台灣大學政治學系教授，現擔任清華大學台北政經學院籌備處主任，是國內首屈一指的政治學學者，也是目前中研院唯二的政治學領域院士中最資深院士。

人工智慧亦稱機器智慧，指由人製造出來的機器所表現出來的智慧，AI時代來臨，代表生活中機器無所不在，產生了人機共處問題。郭毅可院士主講「理解機器行為：人機共生世界中的生存方式」，指出未來世界遠景。郭院士是北京清華大學計算機系學士與碩士、英國帝國理工學院計算機科學博士，曾任英國帝國理工學院數據科學所所長及教授，現任香港浸會大學研究與發展副校長，為英國皇家工程院院士、歐洲科學院院士。他在2016年以大數據分析成功預測當時所有選前民調一片看衰的川普當選美國總統，享譽國際。

2019 未來運算研習會引言

2019 未來運算研習會引言

匯聚海內外學研及產業界菁英

與大會主席吳誠文副校長合影

超越無限-電腦系統結構的精彩未來

未來運算潛力無窮

今天很榮幸在「2019 未來運算研習會」(2019 Workshop on Future Computing) 主題演講時段擔任引言工作並介紹以「超越無限-電腦系統結構的精彩未來」 (To Infinity and Beyond - The Amazing Future Computer Architecture) 為題的主題演講人王文漢博士。

不久以前在台北舉行的一個與人工智慧 (artificial intelligence，AI ) 有關的研討會中，有一位主講人在做結論時，提到對人工智慧的展望，「想不到一個領域用不到它」，「在可預見的未來都會很有用」，總言之「可大可久」，簡明而直指核心。在數位科技加速進步，AI更日新月異的今天，要如何面對影響生活日益深廣的AI，是每個人，尤其是相關領域學者與專家，必須關切的問題。

在2017年1月5-8日，美國「未來生活研究所」(Future of Life Institute)曾在美國加州Asilomar召開為期四天的「有益AI會議」(Asilomar Conference on Beneficial AI)，聚集了一百餘位AI領域學者、專家以及產業領袖，商討AI對未來生活影響的各項議題，最後共同擬就「Asilomar AI 原則」(Asilomar AI Principles) ，共有二十三項，包括研究、倫理與價值以及長程議題，面向廣泛而考慮周密，可見國際間在三年前即已重視相關議題。[1]

在今年9月26日，我有緣受邀與昨天的主題演講人郭毅可院士在「人工智能與未來社會」講座後與談，郭院士在講座中談到一門新興學科「機器行為學」，代表性的著作是今年四月「自然」雜誌刊載的「機器行為學」回顧文章 (Machine Behavior) [2]，是由美國「麻省理工學院媒體實驗室」(MIT Media Laboratory)學者 Iyad Rawan領銜發表。文中提到諾貝爾經濟學獎得主Herbert Simon曾在發表論文中問到：「是否也存在所謂『人工』科學，專門研究人造物與所引起的現象呢？」從動物行為研究來看，機器也經歷出生，成長、傳宗接代、演化過程，具有相當的相似性，而藉由研究機器的行為以及與環境的互動，可針對研究、倫理與價值以及長程議題，做廣泛而深入的探討，可視為「Asilomar AI 原則」的衍生成果，是可喜的發展。 

昨天在研討中，有主講人談到是否要擔憂AI發展的未來，我個人認為也許不必「杞人憂天」，但必須要擔心，也就是 One should be worried , but not too much worried at this time. 因為「超人智慧」(super intelligence)一旦實現，會來得非常迅猛，讓人措手不及，悔之晚矣!

同時也有人提到，世界上一定會有壞人(evil people)不顧後果發展AI，但差別是強國動用所有資源強力發展，與少數惡棍國家、組織或個人發展，會有完全不同的結果。如美國在二次大戰的「曼哈頓計畫」(Manhattan Project)，在不算長的時間內成功引爆原子彈，並用於轟炸日本廣島與長崎上﹔另一方面，由於聯合國禁用化學與生物武器，二次大戰以後七十幾年，大型殺傷性生化武器並未出現，說明人類還是有相當的選擇，及早提醒與教育大眾，不當AI 發展的破壞潛力與如何作適當選擇在現階段已刻不容緩。

據我了解，國內學界在與「Asilomar AI 原則」相關議題上，不論在教學與研究上，都著力不深，這也許是我們應急取直追的地方。有鑑於此，本人將協助財團法人「中技社」於明年主辦一個與「AI治理」(AI Governance) 相關的研習會，探討關鍵議題，還請大家多多支持。

[1] Asilomar AI Principles﹔https://futureoflife.org/ai-principles/?cn-reloaded=1

[2] Iyad Rawan et al. “Machine Behavior,” Nature 568, 477-486 (2019).