第五十二期 2010年4月刊
 
 
 
發行人:黃升龍所長  編輯委員:蔡睿哲教授  主編:林筱文  發行日期:2010.04.08
 
 

 本校電機資訊學院光電工程學研究所公開徵求所長人選,相關資訊請查詢光電所首頁最新消息。

本所4月份演講公告:

日期

講者簡介 講題 地點 時間

光電論壇

4/16 (Fri)

鄭木海教授

中山大學光電系

藝術品化光纖透鏡之研發

博理館

101演講廳

14:30~15:30

 

 
 
3月份「光電論壇」演講花絮
時間: 99年3月9日(星期二)下午4點30分
講者: 林清隆教授(Nanyang Professor, Director of Photonics Research Center, School of EEE, Nanyang Tech. University, Singapore)
講題: From G. Marconi to Charles K. Kao--100 Years of Nobel Prize (Physics, 1909-2009) and A Century of Modern Marvels of EECS
 

林清隆教授於3月9日(星期二)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說,講題為「From G. Marconi to Charles K. Kao--100 Years of Nobel Prize (Physics, 1909-2009) and A Century of Modern Marvels of EECS」,本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,獲益良多。

時間: 99年3月12日(星期五)下午2點30分
講者: Prof. Stephen E. Saddow (Professor of Electrical Engineering, University of South Florida)
講題: Silicon Carbide: A Robust Semiconductor Material for Harsh Environment MEMS and Biomedical Applications
 

Prof. Stephen E. Saddow 於99年3月12日(星期五)蒞臨本所光電論壇發表演說,講題為「Silicon Carbide: A Robust Semiconductor Material for Harsh Environment MEMS and Biomedical Applications」,本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,Prof. Stephen E. Saddow演講內容精彩,演講時面面俱到,與本所師生互動極佳。

時間: 99326日(星期五下午230
講者: 卓竹順總監緯創資通價值創新中心)
講題: 光電與資通訊產業的變革與發展
 

卓竹順總監於99326日(星期五蒞臨本所光電論壇發表演說,講題為「光電與資通訊產業的變革與發展」,本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,卓竹順總監演講內容豐富精彩,與現場同學互動極佳,本所師生皆獲益良多。

 

~ 電機資訊學院明達館小型緊急應變演練 ~

時間:99年3月30日;地點:臺灣大學電資學院明達館

撰文:陳姿妤

為確認意外災害事故發生時,能統籌防災支援力量及時處理,使災害損失減少至最低程度,光電所暨生醫電資所特舉辦此次明達館小型緊急逃生演練,充分落實及熟悉緊急逃生所須具備之觀念與方式,以提高緊急狀況時的應變能力。

當日上午邀請德安工程顧問有限公司針對館舍消防設施演講,使教師、同仁及同學們對於消防設施設置能有基本瞭解。接著,進行實驗室意外發生逃生演練:模擬之火災發生原因是7樓703實驗室學生進行實驗時,發生延長線走火意外,起火煙霧觸動偵煙警報,啟動館內火災警鈴。實驗室緊急通報3樓管理中心並通報駐警隊及所長,立即啟動消防自衛編組,成立指揮班、通報班、滅火班、避難引導班、安全防護班、救護班,各班執行其編組任務,並陸續疏散館舍人員至1樓廣場集合區後,完成救災演練。

演練結束後,後續安排德安工程顧問有限公司進行滅火器使用說明及滅火器試噴演練、消防栓灑水演練、緩降機演練等,藉由實地操作演練,不僅能對消防設施操作方式有所瞭解,亦能增進自身逃生方式的應變能力。

此次演練順利完成,非常感謝教師、同仁及同學們全力配合,也希望透過此次演練能提醒大家更重視館舍安全,在意外發生時,能即時完成通報網絡及採取正確而有效的方式控制災害發生。

消防設施及安衛演講 火災發生後,立即設立指揮區、救護區、集合區
通報班進行全館廣播 避難引導班進行現場引導疏散
演習結束後現場教練進行滅火器使用說明 演習結束後進行緩降機演練

 

 
 

~ 歐盟 EMMP (Erasmus Mundus MSc in Photonics) 三國五校參訪紀要  系列報導 ~

(時間:99年3月1日至3月5日; 參訪地點:比利時、瑞典、英國)

【之一】

撰文:光電所所長黃升龍教授

伊拉斯莫斯世界(Erasmus Mundus; EM)計畫,是歐盟所推動的高等教育標準統合及品質提昇計畫,在此計畫下有超過100個不同領域的歐盟碩士學位課程,此計畫除了促進歐盟會員國高等教育品質的提昇,亦積極促進與非會員國頂尖大學的合作,第一期計畫由2004年至2008年,總經費2.3億歐元,第二期計畫由2009年至2013年,總經費9.5億歐元,在第二期,歐盟亦首度開放非會員國大學加入成為正式夥伴學校,聯合授予學位。

此EM計畫在光電領域目前共有3國5校參與,分別是比利時的根特大學 (Ghent University)、布魯塞爾自由大學(Free University of Brussels)、瑞典的皇家理工學院(Royal Institute of Technology)及英國的聖安德魯斯大學(University of St. Andrews)、赫若瓦大學(Heriot-Watt University),而由比利時根特大學為總協調學校,2009年初吳瑞北教授在根特大學從事休假研究,熱心地連繫了本人及根特大學在光電領域協調此EM計畫的Roel Baets教授,看雙方有無進一步合作之可能,Roel Baets教授在了解了臺大在光電領域的堅強實力後,便邀請本人參與其同年6月在根特大學所舉辦的五校碩士生聯合暑期學校,經由這次的參與及與5校協調教授的會面,了解到歐盟大學在辦學上的認真、多元及以學生學習為本所設計的課程,深覺確實有許多我們可借鏡之處,因而在同年8月,當Baets教授有亞洲之行,邀他來臺大一訪,由沈冬國際長親自接待,並積極協助推動本校加入此一EM計畫的第二期,此合作意願先後獲得貝蘇章及李琳山兩任院長的大力支持,促成共同申請歐盟及臺大光電碩士的雙碩士學位計畫。

在接觸了歐盟的教育體制後,深覺台灣的美式教育體系與歐盟確實有相當大之差異,而此一EM計畫,又極為強調學生的異地學習特性,因此,各夥伴學校間在課程及修業規定各方面,均須有進一步的溝通,才能使歐盟的教育理念融入本校之碩士學位規範,促成雙方實質的合作。此外,歐盟的碩士學位偏重在多元課程的規畫上,包含:核心、尖端、跨領域及可移轉之技能訓練等課程,而本校則以專業課程及學位論文為重點,兩者各有所長,但確實有可互為借鏡之處,尤其在台灣,碩士班學生亦是各大學研究之重要人力之一,因此,若是參與此一歐盟計畫,不但可提昇參與學生的國際觀,亦可藉由兩方教授的共同指導學生,促成跨國之研究合作。因此,有必要讓雙方的教職員進一步溝通,一方面深入了解相關作業流程,一方面在研究領域合作的可能性亦須進一步評估。有鑑於此,本人在2009年底,在向院的簡報爭取學校「頂尖大學計畫」的經費時,提出了此一歐盟3國5校的參訪構想,並獲得院方的大力支持,所內同仁亦熱情迴響,因而籌組出7人參訪團,除本人外,團員尚有林恭如副所長、林清富、林晃巖、吳志毅、曾雪峰等教授,及光電所負責國際交流的林筱文小姐,於2010年展開此3國5校的參訪。

在向Baets及5校協調教授,表達了我的想法後,獲得相當熱烈的迴響,紛紛挪出時間,並替訪問團安排小型學術研討會、會見校方高層、重要實驗室參觀、與EM program現就讀學生面談等各式活動,由於本參訪團各教授尚有校內教學任務,因此,出訪歐洲的時間必須壓縮在一週內,對各校亦不好厚此薄彼,因此,最終協調出週一到週五,一天拜訪一校的超緊湊行程,而光電所內,行前召開了3次會議做任務分工及行程規畫討論,對歐盟5校均各有一位同仁負責深入了解,林清富教授亦商請其岳父—知名書法家林政輝先生替5校分別各寫了一幅書法,以為各校留念。

在歐洲5天5校的行程,確實有披星戴月的感覺,記得到瑞典時,飛機晚上9時30分降落在飄著春雪的斯德哥爾摩,而晚上11點多進入旅館房內時,還得面對房內因環保而無肥皂的窘境,第二天一早還得在雪中走到將於9:00 am開始的學術研討會,而一天的行程後,第二天早上7點由斯德哥摩飛往英國愛丁堡的飛機,將使得團員早上4點就起床收拾行李,如此緊湊的行程,是這一週典型情況的寫照。不過看到各校熱情的接待及同仁與對方熱烈的學術討論及越來越清晰的EM計畫現況,就讓人覺得一切都是值得的,後續在光電所所訊會陸續刊登各位團員對各校參訪行程及EM計畫課程的介紹,在此不再贅述。

圖一:與Roel Baets教授交換了由李嗣涔校長及根特大學Paul Van Cauwenberge校長所簽署的雙方合作意願書。

以下簡述幾件印象深刻的收穫,第一件是了解了5校所共同討論出的光電知識樹狀圖(Photonics knowledge tree),由於EM計畫很強調學生須至少在2個歐盟國家修習,因此,如何避免重複學習或漏學了重要的光電基礎知識是很重要之議題,最近他們整理出光電領域的核心知識,及瞭解這些知識分別所須花費的時間,這對學生選課上非常有幫助,可以更有效地學習包羅萬象的光電知識;第二件是驚艷於各校在碩士階段對基礎光電實驗的重視,尤其在Heriot-Watt大學時,Prof. Ajar Kar規劃了40個光電實驗,一列排開,非常壯觀的光電教學實驗室,實在令我們汗顏,雖然光電實驗之耗材非常昂貴,不論大學部及研究所,實在還是應更加重視光電基礎教學實驗室的充實。此外,在參訪了5校的研究實驗室,團員們普遍感覺到未來雙方有極大的研究合作空間,未來經由共同指導學生,截長補短雙方之研發能量,有非常多機會,做出尖端之研究成果。行程尚未結束,已有團員與對方談出了未來合作計畫的方向。

圖二:聽完Hugo Thienpont教授精采介紹了布魯塞爾自由大學在光電領域的研究現況後,致贈書法一幅以資留念。

圖三:瑞典皇家理工學院之電資學院網站以頭版消息報導了臺大光電所訪問的行程。

圖四:在赫若瓦大學之歡迎餐會上,該校副校長Alan Miller教授(左二)亦出席致意。

圖五:在聖安德魯斯大學,與該校在EM計畫之學生輕鬆座談。

總結而言,此行跨出了本校與歐盟夥伴學校未來合作的第一步,不論在碩士雙學位的合作或在研究上的合作,均奠下了基礎,看到歐盟3國5校,原本彼此在教育體制、課程、學費上種種巨大的差異,經由5年的融合、交流,形成了堅強、厚實且多元的光電教學與研究環境,實在令人羨慕,殷望未來臺大的加入,能創造一個融入台灣風格而更加豐富的碩士雙學位制度,相信結合台灣豐沛的光電產業製造與研發能力及歐盟創新的設計理念,有機會呈現出新一代學術與產業兼容的光電領域新風貌。

 

【之二】

 撰文:光電所副所長林恭如教授

本次訪問歐洲伊拉斯莫斯(Erasmus Mundus, EMMP)英瑞比三國五校與小型學術研討會行程自三月一日起至三月五日止,連同往返接駁航程自二月二十七日起至三月七日止共計為九天。首日出發經曼谷、阿姆斯特丹轉機飛往比利時布魯塞爾,於三月一日訪問比利時根特大學,遞交本所參與歐盟伊拉斯莫斯英瑞比台四國六校第二期雙學位計畫意向書(Letter of Intent),除經由根特大學國際關係辦公室Andries Verspeeten先生介紹瞭解國際學程,以及經由該校工程學院院長Luc Taerwe教授為我們進行工程學院學位學制以及學生教育輔導等介紹之外,我們當日也就國外學生教育與生活輔導方面議題,與根特大學相關教授與辦公室負責人交換意見,並在當日下午兼程參觀根特大學Roel Baets教授主持的光子研究群(Photonics Research Group),瞭解該校在光電工程方面師資課程與研究設備以及教育訓練各方面之現況與發展。隨後我們在隔日移地訪問比利時布魯塞爾自由大學,由該校應用物理與光子系(Department of Applied Physics and Photonics)系主任Hugo Thienpont教授為我們做該校光電相關研究群之研究發展簡介,我們並且參訪該校兩個校區有關同步輻射加速器設備實驗室,與Heidi Ottevaere教授導覽之雷射光電量測與元件分析實驗室等設施,此外本日並有本校林晃巖教授就微光學元件課題與該校研究生進行小型研討會。

圖一、本所黃升龍所長與歐盟EMMP聯合學位計畫召集人比利時根特大學Roel Baets教授交換簽署意向書。 圖二、本所黃所長將名書法家林政輝先生墨寶一幅致贈予比利時根特大學院長Luc Taerwe教授。

嗣後由比利時飛往瑞典參加第三日瑞典皇家理工學院訪問行程,該日早上以研討會為主,分別由黃升龍所長介紹本校歷史教育研究發展理念以及學術聲望與研究現況,另並就光電所學生教育學位學制與計畫研究等各項統計數字進行介紹,隨後由林清富教授與本人分別就新型太陽電池發展與奈米矽晶光子學方面之研究近況進行兩場次演講,瑞方也由Gunnar Björk教授、Urban Westergren教授、Saulius Marcinkevicius教授與Anand Srinivasan教授分別就ADOPT/Quantum Optics實驗室、Photonics and Microwave Engineering實驗室、Optics實驗室、與Semiconductor Materials實驗室中具指標性重要研究課題進行深入淺出的講述。第四日則移師飛往英國,前往聖安德魯斯大學(University of St. Andrews)物理與天文學院會晤Thomas Krauss教授,除就首要目的伊拉斯莫斯(Erasmus Mundus, EMMP)英瑞比三國五校學程第二期雙碩士學位計畫書的內容交換意見之外,我們亦有機會見到該校科學事務院長(Dean of the Faculty of Science) Alyson K Tobin教授,並藉由黃所長進行本校與本所簡介之投影片導覽以尋求他本人對此計畫之全力支持,我們在該日下午並有機會參觀聖安德魯斯大學基礎光電實驗室瞭解該校學生極為充實的光電實驗設備以及豐沛的研究動能,我們也與該校目前正在修習伊拉斯莫斯(Erasmus Mundus, EMMP)第一期聯合碩士學位課程之學生舉行座談會,藉此了解此計畫學生在課程學習與研究生活方面之感想與甘苦談。

最後一日我們則驅車前往位於愛丁堡之赫洛瓦大學(Heriot-Watt University),由Ajoy Kumar Kar教授接待我們,除與該校工程與物理科學院(School of Engineering and Physical Science)之院長Duncan P Hand教授(Head of Physics)與Douglas A Greenhalgh教授(Head of School)會晤之外,我們很榮幸與該校副校長(Deputy Principle) Alan Miller教授會面,並見到Brian S Wherrett教授(Chair of Theoretical Physics)與Keith Brown教授(Chair of EPS Graduate Strategy)等人,就去訪之主要目的,對該校學制與課程以及學生教育目標與學習環境等多方面進行相互瞭解並交換意見。該日早上除會晤行程之外並有學生光電教學實驗室之參訪,讓我們瞭解該校已針對正規碩士班學生與EMMP聯合學位碩士班學生設計多達三十多項單項光電實驗課程,以及該校光電相關實驗室之各項重要研究設備巡禮。我們並在該日下午參加雙邊研討會,由林清富教授主講有機與無機混合太陽電池之發展現況與挑戰,也分別與電機和物理系的幾位教授會面,參觀他們所主持的實驗室,聆聽其研究計畫與最新研究進展。

圖三、臺灣大學光電所與比利時根特大學光子研究群雙邊學術研討會。 圖四、林清富教授受邀主講奈米矽與有機/無機混成太陽電池。

由於此行事關本校參與歐盟伊拉斯莫斯(Erasmus Mundus, EMMP)第二期碩士雙學位計畫意向書簽署事宜,故其首要目的為拜訪比利時根特大學(Ghent University)訊息科技系(Department of Information Technology, INTEC)光子研究群(Photonics Research Group)的主持人Roel Baets教授。Baets教授同時也是歐盟核定伊拉斯莫斯(Erasmus Mundus, EMMP)英瑞比三國五校聯合碩士學位學程第一期計畫的召集人,此次訪問也由本所所長黃升龍教授代表本所遞交由本校校長與所長所共同簽署的參與歐盟伊拉斯莫斯英瑞比台四國六校第二期雙學位計畫意向書(Letter of Intent),象徵著本所即將藉此計畫為本所碩士班學生開拓歐盟聯合碩士學位學程之新里程。此行另有一目的為溝通並整合本校現行學分計算方式以及伊拉斯莫斯(Erasmus Mundus, EMMP)聯盟課程之ECTS學分計算法,並就本校學生赴歐聯盟學校修習課程與歐盟五校赴本校修習課程之學分費與生活費方面之落差進行磋商。因此我們在第一日下午即與召集人Roel Baets教授,以及Geert Morthier與Heidi Ottevaere兩位教授召開會議,就以上議題與計畫書細節進行細部規劃討論,其中並就參與此雙學位課程計畫學生在台歐兩地各校停留時程與學雜費減免方面取得多項共識,極少數尚未能形成結論之跨領域課程選擇與論文共同指導教授、碩士論文研究時程以及學位授予方面之歧異也允諾回程討論後將形成共識。根據伊拉斯莫斯(Erasmus Mundus, EMMP)計畫架構,本校學生必須於第二年赴歐選擇計畫結盟兩校之課程修習,除各校每學期約30個ECTS學分之外並參加本計畫所主辦的兩次暑期學校,獲得額外之5-10個ECTS學分。此計劃雙學位學程之碩士班學生總計將修習126個ECTS學分以及共多達2500個小時的課程講授以及作業複習。此碩士雙學位計畫的結盟對於本所與歐盟各校在課程學制的理解與整合、與在學位上之交互承認與授予方面有極為實質的進展,深具英瑞比台四邊學術關係拓展之意義。

圖五、本所黃所長(左二)與歐盟EMMP雙碩士學位學程召集人及委員召開協調座談會。 圖六、臺灣大學光電所參訪團在比利時根特大學光子研究群無塵製程實驗室合影。

除了學位聯盟工作會議與各校小型雙邊學術研討會之外,我們亦把握時間參觀根特大學光子研究群所在地之半導體製程整合與分析實驗中心。根據Roel Baets教授所述,光子研究群的成立目標在於研發創新性的概念光子元件,尤其對基於波導半導體為基礎材料的緊緻且複雜功能的光子積體元件如雷射二極體,光放大器,與矽或化合物半導體光子晶體功能性元件的整合為主要目標。該中心所有硬體設施包含無塵製程實驗室、電腦輔助設計與分析實驗室、CMOS微電子研究中心。目前該研究群共有多達35-40個研究學者的參與,其中包含Roel Baets教授,Peter Bienstman教授,Geert Morthier教授與Dries Van Thourhout教授共四位資深教授。目前該中心共有50-60名人力,共執行包含歐盟FP7大型計畫在內的多項計畫,並提供四種不同碩士學位學程包括光子理學碩士、伊拉斯莫斯光子理學碩士、Master in de Ingenieurswetenschappen: Fotonica、光子理學與工程碩士,該中心主要核心課程包括光子學(Roel Baets講授),微光子學(Roel Baets/Dries Van Thourhout/Heidi Ottevaere, Erik Stijns講授),光子學數學方法(Peter Bienstman講授),積體工程實驗室(Dries Van Thourhout講授),雷射(Geert Morthier/Erik Stijns講授),光電半導體元件技術(Dries Van Thourhout講授),光通訊系統(Geert Morthier/Roel Baets講授),光子元件動力學(Geert Morthier/Jan Danckaert講授),非線性與量子光學(Roel Baets/Irina Verettennicoff講授)。由於該中心教授各有小型研究群,分別進行不同次領域的研究計劃進行分工,該中心採用的管理架構為由不同研究組召集人分別管理各自所需之中心設施。我們對於該中心非常寬敞的實驗空間及完善的基礎研究設備資源留下非常深刻的印象,此外該中心多位博士後研究員專注且全力以赴的研究動能也是該中心之所以能夠持續進步與突破的關鍵。此行除順利遞交意向書、交換學生參與學程之學習與生活經驗心得、以及拓展本所與各國之研究合作關係,目前已分別有瑞典皇家理工學院Anand Srinivasan教授與赫洛瓦大學Derryck T. Reid 教授明確表達與本所教授研究奈米矽晶非線性雙光子吸收效應與光波導元件的合作案正式推展。

圖七、比利時根特大學小型三波長雷射波導直寫加工機。

圖八、比利時根特大學光子研究群無塵室各式顯微設備。

 

 
 

Research Accomplishments in 2009, Wide Gap Semiconductor Laboratory

Professor Zhe-Chuan Feng

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 馮哲川教授

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

臺灣大學光電所 江衍偉教授

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. 

 

 
 

論文題目:以X-光繞射技術探討氮化銦鎵/氮化鎵奈米結構

姓名:蕭文裕   指導教授:楊志忠教授

 


摘要

我們利用了X光繞射技術來探討氮化銦鎵/氮化鎵奈米結構。首先,我們比較預施應力量子井 (Prestrained QW)與一般長法之量子井的X光繞射結果。由倒置晶格圖譜 (Reciprocal Space Mapping)的結果,我們發現一般樣品的量子井結構受到完全應變 (Fully Strained),然而在預施應力樣品中,則發現量子井有應變鬆弛 (Strain Relaxation)的現象。更進一步的模擬結果指出,預施應力量子井中,最靠近低銦量子井之高銦量子井之應變鬆弛最大且銦濃度最高,導致最長的發光波長。在增加電子穿透深度的陰極射線螢光頻譜中所觀察到的紅移現象,與我們所計算出來的應變鬆弛及銦濃度分佈相符合。

接著,我們發展一套可以探測樣品不同深度之X光繞射技術。藉由這套技術,我們可以得到樣品不同深度之螺旋式差排 (Screw Dislocation)、邊緣差排(Edge Dislocation)之密度及平均橫向區域 (Lateral Domain)之長度。我們應用這項技術以探討在週期性氮化鎵奈米柱上再接合生長之晶體品質演變。結果發現,在直徑與間隙最小之奈米柱上再生長之氮化鎵,如圖一所示,其差排密度最小,橫向區域最大,同時也有最高的發光效率。

最後,藉由X光繞射以及能量散佈X光頻譜 (Energy-dispersive X-ray Spectrum),我們探討了氮化銦鎵薄膜生長在氮化鎵上,在臨界厚度附近銦濃度與應變鬆弛程度之相依性。由圖二可以看出,生長氮化銦鎵至臨界厚度時,異質結構所導致之應變開始鬆弛。然而,在應變鬆弛程度到達大約40% 之前,銦濃度都維持固定。在這點之後,隨著長晶厚度增加,銦濃度與應變鬆弛程度也增加直至應變完全鬆弛。最後,銦濃度也維持在應變完全鬆弛這個階段。

圖一

圖二

 

 
 
 

— 資料提供:影像顯示科技知識平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理:林晃巖教授、陳冠宇 —

矽奈米線於太陽能電池的應用

目前在市場上的單晶矽太陽能電池光能轉換效率為18%左右(實驗室最高紀錄約為29%),但是這類電池需要大量的原材料,其生產的過程也是能源密集的工作。由於薄膜太陽能電池的生產成本低得多,預計未來將會是由薄膜太陽能電池主宰市場,但是這類電池的效率目前只達到10%左右,和現今的單晶矽太陽能電池相比,是相當低的。利用矽奈米線的合成方法在較便宜的基板上面製作,如玻璃、金屬箔片或甚至塑膠基板,以降低生產成本;藉由這些適合捕捉光能的奈米線結構,可大幅提升薄膜大陽能電池的效率。

日前發表於2月14 日Nature Materials的論文,加州理工學院的研究人員將矽奈米線(silicon microwires)應用在太陽能電池上,發現可以吸收每日累積入射陽光85%的能量,效率與傳統式矽晶圓相當,不過前者僅需後者1%的矽材料。此外這矽奈米線陣列的光吸收外部量子效率可達0.89及半導體與液體的介面間的載子收集內部量子效率可接近100%,實驗架設如圖一。

加州理工學院研究生Michael Kelzenberg等研究人員將矽奈米線整合於聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)平板內,非正向光入射進入矽奈米線陣列,會因為在矽奈米線側壁間多重反射而侷限在其內,進而能被有效率的吸收;不過正午時垂直入射PDMS的陽光無法照射到足夠大面積的矽奈米線側壁,所以研究人員在矽奈米線表面加上氧化鋁奈米顆粒,增加其反射與散射陽光的能力,如圖二。這個實驗結果尚未進入太陽能電池的實際製造階段,參與研究的加州理工學院化學家Nate Lewis認為矽奈米線證明能吸收足夠的陽光使得集光效率增為20倍以上,應能成為提升薄膜太陽能電池轉換效率的關鍵材料。

圖一、變化入射光角度的太陽能電池量測架設示意圖。

圖二、矽奈米線SEM圖:(a) 整合於PDMS基板中的矽奈米線;(b) 混入氧化鋁奈米顆粒於表面的矽奈米線

 

中文新聞來源:

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

英文新聞來源:

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

   
 
 
 
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