第五十二期 2010年4月刊
 
 
 
发行人:黄升龙所长  编辑委员:蔡睿哲教授  主编:林筱文  发行日期:2010.04.08
 
 

 本校电机信息学院光电工程学研究所公开征求所长人选,相关信息请查询光电所首页最新消息。

本所4月份演讲公告:

日期

讲者简介 讲题 地点 时间

光电论坛

4/16 (Fri)

郑木海教授

中山大学光电系

艺术品化光纤透镜之研发

博理馆

101演讲厅

14:30~15:30

 

 
 
3月份「光电论坛」演讲花絮
时间: 2010年3月9日(星期二)下午4点30分
讲者: 林清隆教授(Nanyang Professor, Director of Photonics Research Center, School of EEE, Nanyang Tech. University, Singapore)
讲题: From G. Marconi to Charles K. Kao--100 Years of Nobel Prize (Physics, 1909-2009) and A Century of Modern Marvels of EECS
 

林清隆教授于3月9日(星期二)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说,讲题为「From G. Marconi to Charles K. Kao--100 Years of Nobel Prize (Physics, 1909-2009) and A Century of Modern Marvels of EECS」,本所教师及学生皆热烈参与演讲活动,获益良多。

时间: 2010年3月12日(星期五)下午2点30分
讲者: Prof. Stephen E. Saddow (Professor of Electrical Engineering, University of South Florida)
讲题: Silicon Carbide: A Robust Semiconductor Material for Harsh Environment MEMS and Biomedical Applications
 

Prof. Stephen E. Saddow 于2010年3月12日(星期五)莅临本所光电论坛发表演说,讲题为「Silicon Carbide: A Robust Semiconductor Material for Harsh Environment MEMS and Biomedical Applications」,本所教师及学生皆热烈参与演讲活动,Prof. Stephen E. Saddow演讲内容精彩,演讲时面面俱到,与本所师生互动极佳。

时间: 2010326日(星期五下午230
讲者: 卓竹顺总监纬创资通价值创新中心)
讲题: 光电与资通讯产业的变革与发展
 

卓竹顺总监于2010326日(星期五莅临本所光电论坛发表演说,讲题为「光电与资通讯产业的变革与发展」,本所教师及学生皆热烈参与演讲活动,卓竹顺总监演讲内容丰富精彩,与现场同学互动极佳,本所师生皆获益良多。

 

~ 电机信息学院明达馆小型紧急应变演练 ~

时间:2010年3月30日;地点:台湾大学电资学院明达馆

撰文:陈姿妤

为确认意外灾害事故发生时,能统筹防灾支力量及时处理,使灾害损失减少至最低程度,光电所暨生医电资所特举办此次明达馆小型紧急逃生演练,充分落实及熟悉紧急逃生所须具备之观念与方式,以提高紧急状况时的应变能力。

当日上午邀请德安工程顾问有限公司针对馆舍消防设施演讲,使教师、同仁及同学们对于消防设施设置能有基本了解。接着,进行实验室意外发生逃生演练:模拟之火灾发生原因是7楼703实验室学生进行实验时,发生延长线走火意外,起火烟雾触动侦烟警报,启动馆内火灾警铃。实验室紧急通报3楼管理中心并通报驻警队及所长,立即启动消防自卫编组,成立指挥班、通报班、灭火班、避难引导班、安全防护班、救护班,各班执行其编组任务,并陆续疏散馆舍人员至1楼广场集合区后,完成救灾演练。

演练结束后,后续安排德安工程顾问有限公司进行灭火器使用说明及灭火器试喷演练、消防栓洒水演练、缓降机演练等,藉由实地操作演练,不仅能对消防设施操作方式有所了解,亦能增进自身逃生方式的应变能力。

此次演练顺利完成,非常感谢教师、同仁及同学们全力配合,也希望透过此次演练能提醒大家更重视馆舍安全,在意外发生时,能实时完成通报网络及采取正确而有效的方式控制灾害发生。

消防设施及安卫演讲 火灾发生后,立即设立指挥区、救护区、集合区
通报班进行全馆广播 避难引导班进行现场引导疏散
演习结束后现场教练进行灭火器使用说明 演习结束后进行缓降机演练

 

 
 

~ 欧盟 EMMP (Erasmus Mundus MSc in Photonics) 三国五校参访纪要  系列报导 ~

(时间:2010年3月1日至3月5日; 参访地点:比利时、瑞典、英国)

【之一】

撰文:光电所所长黄升龙教授

伊拉斯莫斯世界(Erasmus Mundus; EM)计划,是欧盟所推动的高等教育标准统合及质量提升计划,在此计划下有超过100个不同领域的欧盟硕士学位课程,此计划除了促进欧盟会员国高等教育质量的提升,亦积极促进与非会员国顶尖大学的合作,第一期计划由2004年至2008年,总经费2.3亿欧元,第二期计划由2009年至2013年,总经费9.5亿欧元,在第二期,欧盟亦首度开放非会员国大学加入成为正式伙伴学校,联合授予学位。

此EM计划在光电领域目前共有3国5校参与,分别是比利时的根特大学 (Ghent University)、布鲁塞尔自由大学(Free University of Brussels)、瑞典的皇家理工学院(Royal Institute of Technology)及英国的圣安德鲁斯大学(University of St. Andrews)、赫若瓦大学(Heriot-Watt University),而由比利时根特大学为总协调学校,2009年初吴瑞北教授在根特大学从事休假研究,热心地连系了本人及根特大学在光电领域协调此EM计划的Roel Baets教授,看双方有无进一步合作之可能,Roel Baets教授在了解了台大在光电领域的坚强实力后,便邀请本人参与其同年6月在根特大学所举办的五校硕士生联合暑期学校,经由这次的参与及与5校协调教授的会面,了解到欧盟大学在办学上的认真、多元及以学生学习为本所设计的课程,深觉确实有许多我们可借镜之处,因而在同年8月,当Baets教授有亚洲之行,邀他来台大一访,由沈冬国际长亲自接待,并积极协助推动本校加入此一EM计划的第二期,此合作意愿先后获得贝苏章及李琳山两任院长的大力支持,促成共同申请欧盟及台大光电硕士的双硕士学位计划。

在接触了欧盟的教育体制后,深觉台湾的美式教育体系与欧盟确实有相当大之差异,而此一EM计划,又极为强调学生的异地学习特性,因此,各伙伴学校间在课程及修业规定各方面,均须有进一步的沟通,才能使欧盟的教育理念融入本校之硕士学位规范,促成双方实质的合作。此外,欧盟的硕士学位偏重在多元课程的规画上,包含:核心、尖端、跨领域及可移转之技能训练等课程,而本校则以专业课程及学位论文为重点,两者各有所长,但确实有可互为借镜之处,尤其在台湾,硕士班学生亦是各大学研究之重要人力之一,因此,若是参与此一欧盟计划,不但可提升参与学生的国际观,亦可藉由两方教授的共同指导学生,促成跨国之研究合作。因此,有必要让双方的教职员进一步沟通,一方面深入了解相关作业流程,一方面在研究领域合作的可能性亦须进一步评估。有鉴于此,本人在2009年底,在向院的简报争取学校「顶尖大学计划」的经费时,提出了此一欧盟3国5校的参访构想,并获得院方的大力支持,所内同仁亦热情回响,因而筹组出7人参访团,除本人外,团员尚有林恭如副所长、林清富、林晃岩、吴志毅、曾雪峰等教授,及光电所负责国际交流的林筱文小姐,于2010年展开此3国5校的参访。

在向Baets及5校协调教授,表达了我的想法后,获得相当热烈的回响,纷纷挪出时间,并替访问团安排小型学术研讨会、会见校方高层、重要实验室参观、与EM program现就读学生面谈等各式活动,由于本参访团各教授尚有校内教学任务,因此,出访欧洲的时间必须压缩在一周内,对各校亦不好厚此薄彼,因此,最终协调出周一到周五,一天拜访一校的超紧凑行程,而光电所内,行前召开了3次会议做任务分工及行程规画讨论,对欧盟5校均各有一位同仁负责深入了解,林清富教授亦商请其岳父—知名书法家林政辉先生替5校分别各写了一幅书法,以为各校留念。

在欧洲5天5校的行程,确实有披星戴月的感觉,记得到瑞典时,飞机晚上9时30分降落在飘着春雪的斯德哥尔摩,而晚上11点多进入旅馆房内时,还得面对房内因环保而无肥皂的窘境,第二天一早还得在雪中走到将于9:00 am开始的学术研讨会,而一天的行程后,第二天早上7点由斯德哥摩飞往英国爱丁堡的飞机,将使得团员早上4点就起床收拾行李,如此紧凑的行程,是这一周典型情况的写照。不过看到各校热情的接待及同仁与对方热烈的学术讨论及越来越清晰的EM计划现况,就让人觉得一切都是值得的,后续在光电所所讯会陆续刊登各位团员对各校参访行程及EM计划课程的介绍,在此不再赘述。

图一:与Roel Baets教授交换了由李嗣涔校长及根特大学Paul Van Cauwenberge校长所签署的双方合作意愿书。

以下简述几件印象深刻的收获,第一件是了解了5校所共同讨论出的光电知识树形图(Photonics knowledge tree),由于EM计划很强调学生须至少在2个欧盟国家修习,因此,如何避免重复学习或漏学了重要的光电基础知识是很重要之议题,最近他们整理出光电领域的核心知识,及了解这些知识分别所须花费的时间,这对学生选课上非常有帮助,可以更有效地学习包罗万象的光电知识;第二件是惊艳于各校在硕士阶段对基础光电实验的重视,尤其在Heriot-Watt大学时,Prof. Ajar Kar规划了40个光电实验,一列排开,非常壮观的光电教学实验室,实在令我们汗颜,虽然光电实验之耗材非常昂贵,不论大学部及研究所,实在还是应更加重视光电基础教学实验室的充实。此外,在参访了5校的研究实验室,团员们普遍感觉到未来双方有极大的研究合作空间,未来经由共同指导学生,截长补短双方之研发能量,有非常多机会,做出尖端之研究成果。行程尚未结束,已有团员与对方谈出了未来合作计划的方向。

图二:听完Hugo Thienpont教授精采介绍了布鲁塞尔自由大学在光电领域的研究现况后,致赠书法一幅以资留念。

图三:瑞典皇家理工学院之电资学院网站以头版消息报导了台大光电所访问的行程。

图四:在赫若瓦大学之欢迎餐会上,该校副校长Alan Miller教授(左二)亦出席致意。

图五:在圣安德鲁斯大学,与该校在EM计划之学生轻松座谈。

总结而言,此行跨出了本校与欧盟伙伴学校未来合作的第一步,不论在硕士双学位的合作或在研究上的合作,均奠下了基础,看到欧盟3国5校,原本彼此在教育体制、课程、学费上种种巨大的差异,经由5年的融合、交流,形成了坚强、厚实且多元的光电教学与研究环境,实在令人羡慕,殷望未来台大的加入,能创造一个融入台湾风格而更加丰富的硕士双学位制度,相信结合台湾丰沛的光电产业制造与研发能力及欧盟创新的设计理念,有机会呈现出新一代学术与产业兼容的光电领域新风貌。

 

【之二】

 撰文:光电所副所长林恭如教授

本次访问欧洲伊拉斯莫斯(Erasmus Mundus, EMMP)英瑞比三国五校与小型学术研讨会行程自三月一日起至三月五日止,连同往返接驳航程自二月二十七日起至三月七日止共计为九天。首日出发经曼谷、阿姆斯特丹转机飞往比利时布鲁塞尔,于三月一日访问比利时根特大学,递交本所参与欧盟伊拉斯莫斯英瑞比台四国六校第二期双学位计划意向书(Letter of Intent),除经由根特大学国际关系办公室Andries Verspeeten先生介绍了解国际学程,以及经由该校工程学院院长Luc Taerwe教授为我们进行工程学院学位学制以及学生教育辅导等介绍之外,我们当日也就国外学生教育与生活辅导方面议题,与根特大学相关教授与办公室负责人交换意见,并在当日下午兼程参观根特大学Roel Baets教授主持的光子研究群(Photonics Research Group),了解该校在光电工程方面师资课程与研究设备以及教育训练各方面之现况与发展。随后我们在隔日移地访问比利时布鲁塞尔自由大学,由该校应用物理与光子系(Department of Applied Physics and Photonics)系主任Hugo Thienpont教授为我们做该校光电相关研究群之研究发展简介,我们并且参访该校两个校区有关同步辐射加速器设备实验室,与Heidi Ottevaere教授导览之 激光光电量测与组件分析实验室等设施,此外本日并有本校林晃岩教授就微光学组件课题与该校研究生进行小型研讨会。

图一、本所黄升龙所长与欧盟EMMP联合学位计划召集人比利时根特大学Roel Baets教授交换签署意向书。 图二、本所黄所长将名书法家林政辉先生墨宝一幅致赠予比利时根特大学院长Luc Taerwe教授。

嗣后由比利时飞往瑞典参加第三日瑞典皇家理工学院访问行程,该日早上以研讨会为主,分别由黄升龙所长介绍本校历史教育研究发展理念以及学术声望与研究现况,另并就光电所学生教育学位学制与计划研究等各项统计数字进行介绍,随后由林清富教授与本人分别就新型太阳电池发展与奈米硅晶光子学方面之研究近况进行两场次演讲,瑞方也由Gunnar Björk教授、Urban Westergren教授、Saulius Marcinkevicius教授与Anand Srinivasan教授分别就ADOPT/Quantum Optics实验室、Photonics and Microwave Engineering实验室、Optics实验室、与Semiconductor Materials实验室中具指标性重要研究课题进行深入浅出的讲述。第四日则移师飞往英国,前往圣安德鲁斯大学(University of St. Andrews)物理与天文学院会晤Thomas Krauss教授,除就首要目的伊拉斯莫斯(Erasmus Mundus, EMMP)英瑞比三国五校学程第二期双硕士学位计划书的内容交换意见之外,我们亦有机会见到该校科学事务院长(Dean of the Faculty of Science) Alyson K Tobin教授,并藉由黄所长进行本校与本所简介之投影片导览以寻求他本人对此计划之全力支持,我们在该日下午并有机会参观圣安德鲁斯大学基础光电实验室了解该校学生极为充实的光电实验设备以及丰沛的研究动能,我们也与该校目前正在修习伊拉斯莫斯(Erasmus Mundus, EMMP)第一期联合硕士学位课程之学生举行座谈会,藉此了解此计划学生在课程学习与研究生活方面之感想与甘苦谈。

最后一日我们则驱车前往位于爱丁堡之赫洛瓦大学(Heriot-Watt University),由Ajoy Kumar Kar教授接待我们,除与该校工程与物理科学院(School of Engineering and Physical Science)之院长Duncan P Hand教授(Head of Physics)与Douglas A Greenhalgh教授(Head of School)会晤之外,我们很荣幸与该校副校长(Deputy Principle) Alan Miller教授会面,并见到Brian S Wherrett教授(Chair of Theoretical Physics)与Keith Brown教授(Chair of EPS Graduate Strategy)等人,就去访之主要目的,对该校学制与课程以及学生教育目标与学习环境等多方面进行相互了解并交换意见。该日早上除会晤行程之外并有学生光电教学实验室之参访,让我们了解该校已针对正规硕士班学生与EMMP联合学位硕士班学生设计多达三十多项单项光电实验课程,以及该校光电相关实验室之各项重要研究设备巡礼。我们并在该日下午参加双边研讨会,由林清富教授主讲有机与无机混合太阳电池之发展现况与挑战,也分别与电机和物理系的几位教授会面,参观他们所主持的实验室,聆听其研究计划与最新研究进展。

图三、台湾大学光电所与比利时根特大学光子研究群双边学术研讨会。 图四、林清富教授受邀主讲奈米硅与有机/无机混成太阳电池。

由于此行事关本校参与欧盟伊拉斯莫斯(Erasmus Mundus, EMMP)第二期硕士双学位计划意向书签署事宜,故其首要目的为拜访比利时根特大学(Ghent University)讯息科技系(Department of Information Technology, INTEC)光子研究群(Photonics Research Group)的主持人Roel Baets教授。Baets教授同时也是欧盟核定伊拉斯莫斯(Erasmus Mundus, EMMP)英瑞比三国五校联合硕士学位学程第一期计划的召集人,此次访问也由本所所长黄升龙教授代表本所递交由本校校长与所长所共同签署的参与欧盟伊拉斯莫斯英瑞比台四国六校第二期双学位计划意向书(Letter of Intent),象征着本所即将藉此计划为本所硕士班学生开拓欧盟联合硕士学位学程之新里程。此行另有一目的为沟通并整合本校现行学分计算方式以及伊拉斯莫斯(Erasmus Mundus, EMMP)联盟课程之ECTS学分计算法,并就本校学生赴欧联盟学校修习课程与欧盟五校赴本校修习课程之学分费与生活费方面之落差进行磋商。因此我们在第一日下午即与召集人Roel Baets教授,以及Geert Morthier与Heidi Ottevaere两位教授召开会议,就以上议题与计划书细节进行细部规划讨论,其中并就参与此双学位课程计划学生在台欧两地各校停留时程与学杂费减免方面取得多项共识,极少数尚未能形成结论之跨领域课程选择与论文共同指导教授、硕士论文研究时程以及学位授予方面之歧异也允诺回程讨论后将形成共识。根据伊拉斯莫斯(Erasmus Mundus, EMMP)计划架构,本校学生必须于第二年赴欧选择计划结盟两校之课程修习,除各校每学期约30个ECTS学分之外并参加本计划所主办的两次暑期学校,获得额外之5-10个ECTS学分。此计划双学位学程之硕士班学生总计将修习126个ECTS学分以及共多达2500个小时的课程讲授以及作业复习。此硕士双学位计划的结盟对于本所与欧盟各校在课程学制的理解与整合、与在学位上之交互承认与授予方面有极为实质的进展,深具英瑞比台四边学术关系拓展之意义。

图五、本所黄所长(左二)与欧盟EMMP双硕士学位学程召集人及委员召开协调座谈会。 图六、台湾大学光电所参访团在比利时根特大学光子研究群无尘制程实验室合影。

除了学位联盟工作会议与各校小型双边学术研讨会之外,我们亦把握时间参观根特大学光子研究群所在地之半导体制程整合与分析实验中心。根据Roel Baets教授所述,光子研究群的成立目标在于研发创新性的概念光子组件,尤其对基于波导半导体为基础材料的紧致且复杂功能的光子积体组件如 激光二极管,光放大器,与硅或化合物半导体光子晶体功能性组件的整合为主要目标。该中心所有硬件设施包含无尘制程实验室、计算机辅助设计与分析实验室、CMOS微电子研究中心。目前该研究群共有多达35-40个研究学者的参与,其中包含Roel Baets教授,Peter Bienstman教授,Geert Morthier教授与Dries Van Thourhout教授共四位资深教授。目前该中心共有50-60名人力,共执行包含欧盟FP7大型计划在内的多项计划,并提供四种不同硕士学位学程包括光子理学硕士、伊拉斯莫斯光子理学硕士、Master in de Ingenieurswetenschappen: Fotonica、光子理学与工程硕士,该中心主要核心课程包括光子学(Roel Baets讲授),微光子学(Roel Baets/Dries Van Thourhout/Heidi Ottevaere, Erik Stijns讲授),光子学数学方法(Peter Bienstman讲授),积体工程实验室(Dries Van Thourhout讲授), 激光(Geert Morthier/Erik Stijns讲授),光电半导体组件技术(Dries Van Thourhout讲授),光通讯系统(Geert Morthier/Roel Baets讲授),光子组件动力学(Geert Morthier/Jan Danckaert讲授),非线性与量子光学(Roel Baets/Irina Verettennicoff讲授)。由于该中心教授各有小型研究群,分别进行不同次领域的研究计划进行分工,该中心采用的管理架构为由不同研究组召集人分别管理各自所需之中心设施。我们对于该中心非常宽敞的实验空间及完善的基础研究设备资源留下非常深刻的印象,此外该中心多位博士后研究员专注且全力以赴的研究动能也是该中心之所以能够持续进步与突破的关键。此行除顺利递交意向书、交换学生参与学程之学习与生活经验心得、以及拓展本所与各国之研究合作关系,目前已分别有瑞典皇家理工学院Anand Srinivasan教授与赫洛瓦大学Derryck T. Reid 教授明确表达与本所教授研究奈米硅晶非线性双光子吸收效应与光波导组件的合作案正式推展。

图七、比利时根特大学小型三波长激光波导直写加工机。

图八、比利时根特大学光子研究群无尘室各式显微设备。

 

 
 

Research Accomplishments in 2009, Wide Gap Semiconductor Laboratory

Professor Zhe-Chuan Feng

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 冯哲川教授

lRaman scattering study on anisotropic property of wurtzite GaN”, Hung Chiao Lin, Z.C. Feng, et al., JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 105, 036102 (2009).

 

lTemperature dependent and time-resolved photoluminescence studies of InAs self-assembled quantum dots with InGaAs strain reducing layer structure”, Lingmin Kong, Zhe Chuan Feng, et al., JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 106, 013512 (2009)

 

lSuppression of phase separation in InGaN layers grown on lattice-matched ZnO substrates”, N. Li, … Z.C. Feng, et al., Journal of Crystal Growth 311 (2009) 4628–4631.

 

lRapid thermal annealing effects on the structural and optical properties of ZnO films deposited on Si substrates, Y.C. Lee, … Z.C. Feng, et al., J. Luminescence 129 (2009) 148–152.

 

lMetalorganic chemical vapour deposition of GaN layers on ZnO substrates using α-Al2O3 as a transition layer, S.J. Wang, … Z.C. Feng, et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 42 (2009) 245302 (5pp).

 

lTemperature-Dependent Excitonic Luminescence in ZnO Thin Film Grown by Metal Organic Chemical Vapor Deposition, Y.C. Lee, … Z.C. Feng, et al., Japanese Journal of Applied Physics 48 (2009) 112302.

 

Enhancing InGaN-based solar cell efficiency through localized surface plasmon interaction by embedding Ag nanoparticles

Professor Yean-Woei Kiang's Laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 江衍伟教授

We have demonstrated the simulation results of using the interaction of metal NP induced LSP with an InGaN absorbing layer for enhancing the efficiency of an InGaN/GaN-based solar cell. The absorption increase is implemented by embedding Ag NPs in InGaN for inducing LSP. The effective LSP absorption and NP scattering lead to the enhancement of InGaN absorption. The embedment of metal NPs in semiconductor may affect carrier transport. However, we show that such an effect is small unless the surface recombination velocity at the interface between a metal NP and surrounding InGaN is extremely high. Fig. 1 shows the photon absorption rates (the left ordinate) of the InGaN layer and Ag NP and the short-circuit current densities (the right ordinate) of the solar cell as functions of wavelength for the cases with and without Ag NP when the surface recombination velocity, S, is 10 m/s. For comparison, the incident photon flux under the condition of AM1.5G (the curve labeled by “incidence”) is also plotted in Fig. 1. The significant absorption enhancement on the long-wavelength side by embedding the Ag NP can be clearly seen. In Fig. 1, the curve labeled by “metal dissipation” represents the part of photons absorbed by the Ag NP and turned into dissipation heat. The embedment of the Ag NP results in an increase of integrated photon absorption rate by 28.44 %. The two curves of short-circuit current density (per unit spectral width), i.e., JSC (without NP) and JSC (with NP), which essentially follow the oscillatory behaviors of the two curves for InGaN absorption show the enhancement of photo-generated current. With the embedded Ag NP, the integrated JSC is increased by 27.87 %. Fig. 2(a) shows the distribution of electrical field magnitude at 580 nm in the region around the Ag NP by assuming that the magnitude of the incident field is unity. Here, one can see that strong near field is generated around the Ag NP. Also, certain backscattered field is distributed in the n-GaN layer. Fig. 2(b) shows the stream line distribution of static electric field inside the solar cell. Here, one can see the distortion of static electric field by the embedded Ag NP. Fig. 3 shows the integrated current densities (the left ordinate) and the output power densities (the right ordinate) as functions of applied voltage for the cases with NP and without NP corresponding to the results shown in Fig. 1. The first and second numbers in the parentheses represent the voltage for the maximum output power (in V) and the maximum output power density (in mW/cm2). Here, one can see that the open-circuit voltage of ~1.51 V is not affected by the embedment of the Ag NP. The integrated current density, J, is significantly increased from 8.08 to 10.17 mA/cm2 by embedding the Ag NP. The maximum output powers of both cases are achieved at 1.4 V in applied voltage. The maximum output power is increased from 10.59 to 13.53 mW/cm2 (roughly from 10.59 to 13.53 % in efficiency), corresponding to an increase of 27.76 %.

Fig. 1.  Fig. 2.  Fig. 3. 

 

 
 

论文题目:以X-光绕射技术探讨氮化铟镓/氮化镓奈米结构

姓名:萧文裕   指导教授:杨志忠教授

 


摘要

我们利用了X光绕射技术来探讨氮化铟镓/氮化镓奈米结构。首先,我们比较预施应力量子井 (Prestrained QW)与一般长法之量子井的X光绕射结果。由倒置晶格图谱 (Reciprocal Space Mapping)的结果,我们发现一般样品的量子井结构受到完全应变 (Fully Strained),然而在预施应力样品中,则发现量子井有应变松弛 (Strain Relaxation)的现象。更进一步的模拟结果指出,预施应力量子井中,最靠近低铟量子井之高铟量子井之应变松弛最大且铟浓度最高,导致最长的发光波长。在增加电子穿透深度的阴极射线荧光频谱中所观察到的红移现象,与我们所计算出来的应变松弛及铟浓度分布相符合。

接着,我们发展一套可以探测样品不同深度之X光绕射技术。藉由这套技术,我们可以得到样品不同深度之螺旋式差排 (Screw Dislocation)、边缘差排(Edge Dislocation)之密度及平均横向区域 (Lateral Domain)之长度。我们应用这项技术以探讨在周期性氮化镓奈米柱上再接合生长之晶体质量演变。结果发现,在直径与间隙最小之奈米柱上再生长之氮化镓,如图一所示,其差排密度最小,横向区域最大,同时也有最高的发光效率。

最后,藉由X光绕射以及能量散布X光频谱 (Energy-dispersive X-ray Spectrum),我们探讨了氮化铟镓薄膜生长在氮化镓上,在临界厚度附近铟浓度与应变松弛程度之相依性。由图二可以看出,生长氮化铟镓至临界厚度时,异质结构所导致之应变开始松弛。然而,在应变松弛程度到达大约40% 之前,铟浓度都维持固定。在这点之后,随着长晶厚度增加,铟浓度与应变松弛程度也增加直至应变完全松弛。最后,铟浓度也维持在应变完全松弛这个阶段。

图一 图二

 

 
 
 

— 数据提供:影像显示科技知识平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理:林晃岩教授、陈冠宇 —

硅奈米线于太阳能电池的应用

目前在市场上的单晶硅太阳能电池光能转换效率为18%左右(实验室最高纪录约为29%),但是这类电池需要大量的原材料,其生产的过程也是能源密集的工作。由于薄膜太阳能电池的生产成本低得多,预计未来将会是由薄膜太阳能电池主宰市场,但是这类电池的效率目前只达到10%左右,和现今的单晶硅太阳能电池相比,是相当低的。利用硅奈米线的合成方法在较便宜的基板上面制作,如玻璃、金属箔片或甚至塑料基板,以降低生产成本;藉由这些适合捕捉光能的奈米线结构,可大幅提升薄膜大阳能电池的效率。

日前发表于2月14 日Nature Materials的论文,加州理工学院的研究人员将硅奈米线(silicon microwires)应用在太阳能电池上,发现可以吸收每日累积入射阳光85%的能量,效率与传统式硅晶圆相当,不过前者仅需后者1%的硅材料。此外这硅奈米线数组的光吸收外部量子效率可达0.89及半导体与液体的接口间的载子收集内部量子效率可接近100%,实验架设如图一。

加州理工学院研究生Michael Kelzenberg等研究人员将硅奈米线整合于聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)平板内,非正向光入射进入硅奈米线数组,会因为在硅奈米线侧壁间多重反射而局限在其内,进而能被有效率的吸收;不过正午时垂直入射PDMS的阳光无法照射到足够大面积的硅奈米线侧壁,所以研究人员在硅奈米线表面加上氧化铝奈米颗粒,增加其反射与散射阳光的能力,如图二。这个实验结果尚未进入太阳能电池的实际制造阶段,参与研究的加州理工学院化学家Nate Lewis认为硅奈米线证明能吸收足够的阳光使得集光效率增为20倍以上,应能成为提升薄膜太阳能电池转换效率的关键材料。

图一、变化入射光角度的太阳能电池量测架设示意图。

图二、硅奈米线SEM图:(a) 整合于PDMS基板中的硅奈米线;(b) 混入氧化铝奈米颗粒于表面的硅奈米线

 

中文新闻来源:

http://www.sciscape.org/news_detail.php?news_id=2477

原始期刊:

“Enhanced absorption and carrier collection in Si wire arrays for photovoltaic applications”, Michael D. Kelzenberg, Shannon W. Boettcher, Jan A. Petykiewicz, Daniel B. Turner-Evans, Morgan C. Putnam, Emily L. Warren, Joshua M. Spurgeon, Ryan M. Briggs, Nathan S. Lewis & Harry A. Atwater (14 February 2010), Nature Materials 9, pp. 239 - 244

英文新闻来源:

http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=photovoltaic-breakthroughs-brighten-outlook-for-cheap-solar-power

   
 
 
 
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