Nanotechnology for more efficient photovoltaics: the quantum dot intermediate band solar cell

The intermediate band solar cell [1] has been proposed as a concept able to substantially enhance the efficiency limit of an ordinary single junction solar cell. If a band permitted for electrons is inserted within the forbidden band of a semiconductor then a novel path for photo generation is open: electron hole pairs may be formed by the successive absorption of two sub band gap photons using the intermediate band (IB) as a stepping stone. While the increase of the photovoltaic (PV) current is not a big achievement —it suffices to reduce the band gap— the achievement of this extra current at high voltage is the key of the IB concept. In ordinary cells the voltage is limited by the band gap so that reducing it would also reduce the band gap. In the intermediate band solar cell the high voltage is produced when the IB is permitted to have a Quasi Fermi Level (QFL) different from those of the Conduction Band (CB) and the Valence Band (VB). For it the cell must be properly isolated from the external contacts, which is achieved by putting the IB material between two n- and p-type ordinary semiconductors [2]. Efficiency thermodynamic limit of 63% is obtained for the IB solar cell1 vs. the 40% obtained [3] for ordinary single junction solar cells. Detailed information about the IB solar cells can be found elsewhere [4].

XPS as Characterization Tool for PV: From the Substrate to Complete III-V Multijunction Solar Cells

This contribution aims to illustrate the potential of the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) technique as a tool to analyze different parts of a solar cell (surface state, heterointerfaces, profile composition of ohmic contacts, etc). Here, the analysis is specifically applied to III-V multijunction solar cells used in concentrator systems. The information provided from such XPS analysis has helped to understand the physico-chemical nature of these surfaces and interfaces, and thus has guided the technological process in order to improve the solar cell performance.

Ultra-High Efficiency, High-Concentration PV System Based On Spectral Division Between GaInP/GaInAs/Ge And BPC Silicon Cells

A novel HCPV nonimaging concentrator concept with high concentration (>500×) is presented. It uses the combination of a commercial concentration GaInP∕GaInAs∕Ge 3J cell and a concentration Back‐Point‐Contact (BPC) concentration silicon cell for efficient spectral utilization, and external confinement techniques for recovering the 3J cell′s reflection. The primary optical element (POE) is a flat Fresnel lens and the secondary optical element (SOE) is a free‐form RXI‐type concentrator with a band‐pass filter embedded it, both POE and SOE performing Köhler integration to produce light homogenization. The band‐pass filter sends the IR photons in the 900–1200 nm band to the silicon cell. Computer simulations predict that four‐terminal terminal designs could achieve ∼46% added cell efficiencies using commercial 39% 3J and 26% Si cells. A first proof‐of concept receiver prototype has been manufactured using a simpler optical architecture (with a lower concentration, ∼ 100× and lower simulated added efficiency), and experimental measurements have shown up to 39.8% 4J receiver efficiency using a 3J with peak efficiency of 36.9%

The unstoppable rise of photovoltaic solar energy: PV vs. PV

Photovoltaic (PV) solar energy has been growing during the last decade an explosive rate. Last year (2011) the solar cell production amounted to more than 37 GW. It is the energy technology most installed nowadays. The power generated by the 37 GW is similar to the one generated by about 7 nuclear units of 1 GW each. The solar industry is already a huge industry dominated by Asian countries led by China. It is not anymore a promise. It is just a reality.

A 500-kW pv generator I-V curve

This paper presents the measurement of the I-V curve of a 500-kW PV generator by means of an own-made capacitive load. It is shown that I-V curve analysis can also be applied to big PV generators and that when measuring the operation conditions with reference modules and taking some precautions (especially regarding the operation cell temperature), it is still a useful tool for characterizing them and therefore can be incorporated into maintenance procedures. As far as we know, this is the largest I-V curve measured so far.

Temperature of solar cells with regard to photoactive and non-photoactive light absorption in concentrator PV modules

A new method has recently been proposed by us for accurate measurement of the solar cell temperature in any operational regime, in particular, at a maximum power point (MPP) of the I-V curve (T-p-n(MPP)). For this, fast switching of a cell from MPP to open circuit (OC) regime is carried out and open circuit voltage V-oc is measured immediately (within about 1 millisecond), so that this value becomes to be an indicator of T-p-n(MPP). In the present work, we have considered a practical case, when a solar cell is heated not only by absorption of light incident upon its surface (called "photoactive" absorption of power), but also by heat transferred from structural elements surrounding the cell and heated by absorption of direct or diffused sunlight ("non-photoactive" absorption of power with respect to a solar cell). This process takes place in any concentrator module with non-ideal concentrators. Low overheating temperature of the p-n junction (or p-n junctions in a multijunction cell) is a cumulative parameter characterizing the quality of a solar module by the factor of heat removal effectiveness and, at the same time, by the factor of low "non-photoactive" losses.

Analysis by finite element calculations of light scattering in laser-textured AZO films for PV thin-film solar cells

In the thin-film photovoltaic industry, to achieve a high light scattering in one or more of the cell interfaces is one of the strategies that allow an enhancement of light absorption inside the cell and, therefore, a better device behavior and efficiency. Although chemical etching is the standard method to texture surfaces for that scattering improvement, laser light has shown as a new way for texturizing different materials, maintaining a good control of the final topography with a unique, clean, and quite precise process. In this work AZO films with different texture parameters are fabricated. The typical parameters used to characterize them, as the root mean square roughness or the haze factor, are discussed and, for deeper understanding of the scattering mechanisms, the light behavior in the films is simulated using a finite element method code. This method gives information about the light intensity in each point of the system, allowing the precise characterization of the scattering behavior near the film surface, and it can be used as well to calculate a simulated haze factor that can be compared with experimental measurements. A discussion of the validation of the numerical code, based in a comprehensive comparison with experimental data is included.

Transmembrane Insertion of the Toxoplasma gondii GRA5 Protein Occurs after Soluble Secretion into the Host Cell

The intracellular parasite Toxoplasma gondii resides within a specialized compartment, the parasitophorous vacuole (PV), that resists fusion with host cell endocytic and lysosomal compartments. The PV is extensively modified by secretion of parasite proteins, including the dense granule protein GRA5 that is specifically targeted to the delimiting membrane of the PV (PVM). We show here that GRA5 is present both in a soluble form and in hydrophobic aggregates. GRA5 is secreted as a soluble form into the PV after which it becomes stably associated with the PVM. Topological studies demonstrated that GRA5 was inserted into the PVM as a transmembrane protein with its N-terminal domain extending into the cytoplasm and its C terminus in the vacuole lumen. Deletion of 8 of the 18 hydrophobic amino acids of the single predicted transmembrane domain resulted in the failure of GRA5 to associate with the PVM; yet it remained correctly packaged in the dense granules and was secreted as a soluble protein into the PV. Collectively, these studies demonstrate that the secretory pathway in Toxoplasma is unusual in two regards; it allows soluble export of proteins containing typical transmembrane domains and provides a mechanism for their insertion into a host cell membrane after secretion from the parasite.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

Efficiency improvement of non-uniformly-aged PV arrays

The utilization of solar energy by photovoltaic (PV) systems have received much research and development (R&D) attention across the globe. In the past decades, a large number of PV array have been installed. Since the installed PV arrays often operate in harsh environments, non-uniform aging can occur and impact adversely on the performance of PV systems, especially in the middle and late periods of their service life. Due to the high cost of replacing aged PV modules by new modules, it is appealing to improve energy efficiency of aged PV systems. For this purpose, this paper presents a PV module reconfiguration strategy to achieve the maximum power generation from non-uniformly aged PV arrays without significant investment. The proposed reconfiguration strategy is based on the cell-unit structure of PV modules, the operating voltage limit of gird-connected converter, and the resulted bucket-effect of the maximum short circuit current. The objectives are to analyze all the potential reorganization options of the PV modules, find the maximum power point and express it in a proposition. This proposition is further developed into a novel implementable algorithm to calculate the maximum power generation and the corresponding reconfiguration of the PV modules. The immediate benefits from this reconfiguration are the increased total power output and maximum power point voltage information for global maximum power point tracking (MPPT). A PV array simulation model is used to illustrate the proposed method under three different cases. Furthermore, an experimental rig is built to verify the effectiveness of the proposed method. The proposed method will open an effective approach for condition-based maintenance of emerging aging PV arrays.

Identifying PV module mismatch faults by a thermography-based temperature distribution analysis

Photovoltaic (PV) solar power generation is proven to be effective and sustainable but is currently hampered by relatively high costs and low conversion efficiency. This paper addresses both issues by presenting a low-cost and efficient temperature distribution analysis for identifying PV module mismatch faults by thermography. Mismatch faults reduce the power output and cause potential damage to PV cells. This paper first defines three fault categories in terms of fault levels, which lead to different terminal characteristics of the PV modules. The investigation of three faults is also conducted analytically and experimentally, and maintenance suggestions are also provided for different fault types. The proposed methodology is developed to combine the electrical and thermal characteristics of PV cells subjected to different fault mechanisms through simulation and experimental tests. Furthermore, the fault diagnosis method can be incorporated into the maximum power point tracking schemes to shift the operating point of the PV string. The developed technology has improved over the existing ones in locating the faulty cell by a thermal camera, providing a remedial measure, and maximizing the power output under faulty conditions.

Egfr Activating Mutations And Their Association With Response To Platinum-doublet Chemotherapy In Brazilian Non-small Cell Lung Cancer Patients.

The aim of the study was to analyze the frequency of epidermal growth factor receptor (EGFR) mutations in Brazilian non-small cell lung cancer patients and to correlate these mutations with response to benefit of platinum-based chemotherapy in non-small cell lung cancer (NSCLC). Our cohort consisted of prospective patients with NSCLCs who received chemotherapy (platinum derivates plus paclitaxel) at the [UNICAMP], Brazil. EGFR exons 18-21 were analyzed in tumor-derived DNA. Fifty patients were included in the study (25 with adenocarcinoma). EGFR mutations were identified in 6/50 (12 %) NSCLCs and in 6/25 (24 %) adenocarcinomas; representing the frequency of EGFR mutations in a mostly self-reported White (82.0 %) southeastern Brazilian population of NSCLCs. Patients with NSCLCs harboring EGFR exon 19 deletions or the exon 21 L858R mutation were found to have a higher chance of response to platinum-paclitaxel (OR 9.67 [95 % CI 1.03-90.41], p = 0.047). We report the frequency of EGFR activating mutations in a typical southeastern Brazilian population with NSCLC, which are similar to that of other countries with Western European ethnicity. EGFR mutations seem to be predictive of a response to platinum-paclitaxel, and additional studies are needed to confirm or refute this relationship.

Solid Lipid Nanoparticles For Hydrophilic Biotech Drugs: Optimization And Cell Viability Studies (caco-2 & Hepg-2 Cell Lines).

Insulin was used as model protein to developed innovative Solid Lipid Nanoparticles (SLNs) for the delivery of hydrophilic biotech drugs, with potential use in medicinal chemistry. SLNs were prepared by double emulsion with the purpose of promoting stability and enhancing the protein bioavailability. Softisan(®)100 was selected as solid lipid matrix. The surfactants (Tween(®)80, Span(®)80 and Lipoid(®)S75) and insulin were chosen applying a 2(2) factorial design with triplicate of central point, evaluating the influence of dependents variables as polydispersity index (PI), mean particle size (z-AVE), zeta potential (ZP) and encapsulation efficiency (EE) by factorial design using the ANOVA test. Therefore, thermodynamic stability, polymorphism and matrix crystallinity were checked by Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Wide Angle X-ray Diffraction (WAXD), whereas the effect of toxicity of SLNs was check in HepG2 and Caco-2 cells. Results showed a mean particle size (z-AVE) width between 294.6 nm and 627.0 nm, a PI in the range of 0.425-0.750, ZP about -3 mV, and the EE between 38.39% and 81.20%. After tempering the bulk lipid (mimicking the end process of production), the lipid showed amorphous characteristics, with a melting point of ca. 30 °C. The toxicity of SLNs was evaluated in two distinct cell lines (HEPG-2 and Caco-2), showing to be dependent on the concentration of particles in HEPG-2 cells, while no toxicity in was reported in Caco-2 cells. SLNs were stable for 24 h in in vitro human serum albumin (HSA) solution. The resulting SLNs fabricated by double emulsion may provide a promising approach for administration of protein therapeutics and antigens.

Autologous Platelet Gel: Five Cases Illustrating Use On Sickle Cell Disease Ulcers.

Leg ulcers represent a particularly disabling complication in patients with sickle cell disease (SCD). Platelet gel (PG) is a novel therapeutic strategy used for accelerating wound healing of a wide range of tissues through the continuous release of platelet growth factors. Here, we describe the use of PG preparation according to Anitua's PRGF (preparations rich in growth factors) protocol for treating chronic nonhealing ulcers in patients with SCD. A positive response occurred in 3 patients with an area reduction of 85.7% to 100%, which occurred within 7 to 10 weeks, and a 35.2% and 20.5% of area reduction in 2 other patients, who however, had large ulcers. After calcium chloride addition, the platelet-rich plasmas demonstrated enhanced platelet-derived growth factors-BB (P < .001), transforming growth factor-β1 (P = .015), vascular endothelial growth factors (P = .03), and hepatocyte growth factors (nonsignificant) secretion. Furthermore, calcium chloride addition induced a significant decrease in platelet number (P = .0134) and there was no leukocyte detection in the PG product. These results demonstrate that PG treatment might impact the healing of leg ulcers in sickle cell disease, especially in patients with small ulcers.