第九十五期 2014年4月刊
 
 
 
發行人:林恭如所長  編輯委員:吳肇欣教授  主編:林筱文  發行日期:2014.04.20
 
 

本所5月份演講公告:

日期

講者簡介 講題 地點 時間

光電所專題演講

5/2 (Fri) 沈士傑總經理
力旺電子

從技術開發到技術授權產業

電機二
105演講廳
15:30~17:00
5/9 (Fri) 邰中和董事長
緒揚管理顧問股份有限公司

待訂

博理館
101演講廳
15:30~17:00
5/16 (Fri) 王道維教授
清華大學物理系
台灣青年未來所面臨的困境與挑戰 博理館
101演講廳
15:30~17:00
5/23 (Fri) 簡明仁董事長
第一金融資產管理股份有限公司

創業融資實務

博理館
101演講廳
15:30~17:00
5/30 (Fri) 劉軍廷所長
工研院電光所

待訂

博理館
101演講廳
15:30~17:00

 

 
 
3月份「光電所專題演講」花絮(花絮整理:姚力琪)
時間: 103年3月7日(星期五)下午3點30分
講者: 劉樹平教授(香港理工大學)
講題: Mutilcolor Light Emission from Chlorine-Doped Graphene Quantum Dots
 

劉樹平教授於3月7日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說。劉教授本次演講題目為「Mutilcolor Light Emission from Chlorine-Doped Graphene Quantum Dots」。本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,演說內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多。

 

本場演講者劉樹平教授

 

時間: 103年3月14日(星期五)下午3點30分
講者: 王志誠教授(路寒袖先生)(國立臺中科技大學應用中文系)
講題: 走在,台灣的路上—我的生命歷程與文學因緣
  王志誠教授(筆名路寒袖)於3月14日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說。王教授曾任中國時報「人間副刊」撰述委員、台灣日報副總編輯、文建會文化建設基金會顧問、國家文化藝術基金會董事、國家文化總會副祕書長、高雄市政府文化局長等。現專事寫作,並於大學講授現代詩、台語流行歌曲、編輯採訪、文化行銷等課程。本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,演說內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多。
 

王志誠教授(右)與本場演講主持人王維新教授(左)合影

 

時間: 103年3月21日(星期五)下午3點30分
講者: 陳錦地博士(中央研究院化學研究所)
講題: 有機光電材料元件
  陳錦地博士於3月21日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說。陳博士本次演講題目為「有機光電材料元件」,本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,演說內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多。
 

陳錦地博士(右)與本場演講主持人王維新教授(左)合影

 

時間: 103年3月28日(星期五)下午3點30分
講者: 朱士維教授(臺大物理系)
講題: Superresolution Optical Microscopy Based on Plasmonic Scattering
  朱士維教授於3月28日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說,本次演講題目為「Superresolution Optical Microscopy Based on Plasmonic Scattering」。朱士維教授2004年於本所博士班畢業,之後任教於臺大物理系,為本所傑出校友,此次特別邀請朱教授回來,除了學術上專業的演說,並與學弟妹分享求學、就業的經驗。
 

朱士維教授(右)與本場演講主持人王維新教授(左)合影 。

 

 

~ 光電所所屬實驗場所小型緊急應變演練 ~

(時間:103年4月11日,上午11:10~11:40

撰文:陳姿妤

演練地點:

本所電機二館3樓西側14間實驗室—電機二館301A室、301B室、305A室、305B室、306A室、306B室、307A室、307B室、350室、351A室、351B室、352A室、352B室、354室。

演練內容:

本次演練主要目的為針對化學品、毒氣外洩或其他意外災害事故發生時,使搶救人員各司其責,採取正確而有效方式控制災害,並落實實驗室人員具備緊急逃生之觀念與方式,以提高緊急狀況時的應變能力進行疏散。

上午11:10於電機二館306A實驗室(毒化物實驗室),假設學生進行毒化物實驗因操作不慎,造成氣體外洩意外,學生緊急通報所辦公室人員需進行人員疏散。本所人員接獲通報後,即刻聯繫館舍系辦人員進行電機二館全館廣播通報,請館舍所有人員於各出口方向緊急疏散;並派員至北、西、南側出口協助引導疏散人員儘速遠離館舍,且清點確認疏散人員名單。所辦人員持續緊急聯繫實驗室負責教師(吳志毅教授)、所長(林恭如教授)、副所長(黃建璋教授)及本所環安衛委員教師(蔡睿哲教授)前往電機二館北側出口廣場前集合;由所長掌握現場狀況進行指揮調度,環安衛委員確核實驗室全部人員疏散完畢,順利完成此次疏散演練。

此次疏散演練加強了大家在意外發生時,能即時進行緊急通報及疏散的觀念。感謝教師、同仁及同學們的全力配合。

檢討改進建議:

1、部分實驗室學生/人員聽到疏散廣播後仍留在室內或進入室內,未即刻進行疏散。

2、部分學生/人員聽到廣播後,仍有遲疑並於走廊逗留,未即刻往各出口進行疏散。

圖一、電機二館306A實驗室通報所辦人員

圖二、所辦人員接獲通報,即刻通知電機系系辦人員進行廣播

圖三、電機系系辦人員進行館舍廣播

圖四、所辦派員前往事發館舍引導疏散

圖五、事發實驗室敲門告知附近實驗室人員緊急疏散

圖六、 實驗室人員往各出口進行疏散

圖七、西側出口引導人員疏散

圖八、西側出口確核疏散人員名單

圖九、北側出口引導人員疏散

圖十、北側出口確核疏散人員名單

圖十一、南側出口引導人員疏散

圖十二、南側出口確核疏散人員名單

圖十三、向指揮人員報告並確核疏散人員狀況

圖十四、疏散人員全員於館舍北側廣場集合

 

 

 
 
 

光電所參與歐盟 European Master of Science in Photonics (EMSP) 碩士雙學位計畫  系列報導 ~

撰文:光電所碩士班學生呂韋辰

【之七】

EMSP有個特色,就是在一整學年結束後,會在某一個合作學校舉辦暑期學校(summer school)。暑期學校顧名思義就是舉辦時正逢夏季時節,大約在七月初。今年暑期學校的地點首次辦在瑞士洛桑聯邦理工學院 (EPFL),也因此讓我有機會去瑞士走走。

在暑期學校,所有參加EMSP計畫的二年級生都必須要上台報告自己的研究成果,其實就是論文的口試;而台下除了有從各學校來的教授當口試委員外,計畫的一年級生也會在台下聆聽,當然在報告完後任何在場的人都可以舉手發問討論,而報告者就要針對每個問題作答覆。可能考慮到時間有限及人數較多,每人報告的時間限制在20分鐘,所以要如何把研究的理念、過程,還有研究的結果有效並充分地表達出來,就變得很重要。

今年在瑞士的暑期學校總共有6天,可能因為經費的不足,比起去年(10天)少了許多。第一天是請畢業於EMSP,而現在正在EPFL讀博士班的學長帶我們參觀校園,並且到附近的海邊走走。因為隔天就是碩士論文口試,所以其實大家也不是很有心情欣賞校園景觀,心裡都惦記著隔天的報告。第二天一整天都是安排口試答辯,每人除了20分鐘報告時間外,還有15分鐘問題時間。口試結束後大家都很興奮,因為心頭重擔終於能夠放下,也因此晚上一群人去買BBQ用具、啤酒等,辦了個小小的party。之後剩下的幾天除了最後一天的結業典禮外,其他都是安排一整天的課程。這些課程每天都有不同主題,也會請各領域專精的教授學者來講課,像是我們分 別有「Optomechanics & Lasers」、「Plasmonics & Photonic Crystals」和「Quantum Photonics」三大主題,每一個主題都請四位專家來演講。有趣的是,二年級生有個任務,就是要分別在每場課程中扮演主席(chair)的角色:要介紹主講者的經歷成就、控制講者演講的時間,以及主持最後的問答。這樣的目的主要就是讓學生能換個位置、換個角色體驗看看。最後一天的結業儀式,除了頒發暫時的結業證書外,還會開一個檢討會,讓學生提出任何對於EMSP的想法或是建議,以便能讓這個計畫經營得更好。結束後會有個小餐會,讓同學與老師間互相聊聊,結束後大家就按照自己的計畫,各奔東西了,summer school也在此正式結束。【精彩內容,下期待續~】

EMSP學生與教授在EPFL合影

 

 

~ 與南京大學(Nanjing University)博士生交流活動 2013  系列報導 ~

(時間:102年10月8日至10月14日;地點:南京大學、揚州大學)

【之十】

撰文:光電所博士後研究人員蕭惠心

十月十號中午精彩的海峽兩岸光電科技博士生論壇圓滿落幕了,接下來開始了一連串的文化參訪行程。首先第一站是揚州瘦西湖,瘦西湖由於湖面瘦長、蜿蜒曲折因而得名,我們乘著古色古香的觀光船遊湖(圖一左),映入眼簾的盡是湖山園林景緻,這些沿湖建築的園林造景主要由明清時代許多富甲天下的鹽業大亨不惜重金聘請造園名家構築而成,沿途我們下船參觀了徐園,其中最令人印象深刻的是徐園牌匾中的園字寫法十分特別(圖一右),為一個方框包裹一個虎字,嚮導說相傳徐寶山當時請一位著名書法家幫忙題字,但卻被再三推託,於是徐寶山藉故將書法家灌醉進而求字,書法家寫到一半猛然酒醒,所以故意在寫到「園」字的時候,把框裡的「袁」字寫得像個「虎」字,然後再將外框一繞,有暗諷徐老虎是困獸之意。

圖一、左為瘦西湖遊船,右為徐園牌匾。

接著繼續搭船,途中經過五亭橋(圖二左),橋下有許多半圓形的橋孔,嚮導問我們猜一猜一共有多少個橋孔?一時間還真的算不出來。第二站下船則是來到熙春台,熙春台前有一大理石牌匾(圖二中),其上有毛澤東手書詩人杜牧的《寄揚州韓綽判官》:「青山隱隱水迢迢,秋盡江南草未凋。二十四橋明月夜,玉人何處教吹簫?」毛澤東的字體看起來有如行雲流水、十分率性;而詩中的二十四橋(圖二右)就在眼前,此情此景與唐朝詩人的美麗詩句相輝映,別有一番迷人的氣息。

圖二、左為五亭橋,中為毛澤東手書杜牧詩的大理石牌匾,右則為二十四橋。

第二站我們來到了个園,為中國四大名園之一,因園主人愛竹,而竹葉的形狀與个字相似,因而命名為个園(圖三左)。一進入園中,可以看到許許多多不同品種的竹子(圖三中),竹子的外型時常被比喻為一位君子該有的氣度:竹竿心空代表著虛心,竹子的竹節則象徵著氣節,竹子的耐寒長青被視為不屈,而竹子的高挺則被視為昂然;因而中國歷代許多文人雅士,都特別喜歡竹子。另外,个園中的疊石藝術也令人印象深刻,利用天然的太湖石多變的形像而形成的十二生肖,嚮導雖然鉅細靡遺地一一向我們解說它們的位置,但看不看得出來、相不相似可能就要各憑想像跟領悟力了;園中還有利用不同石料堆疊而成的春、夏、秋、冬四景,四季假山各具特色,其中我特別喜歡秋天的形像(圖三右),彷彿置身於武俠小說的場景。

圖三、左為个園大門口,中為个園竹林,右為个園秋景。

今天的最後一站則是參訪星浪光電有限公司,這家公司主要從事光學玻璃鍍膜以及鍍膜工藝技術的研發,我們實地參觀了濾光片的生產過程,包括一開始的製程機台、篩檢過程,以及最後的組裝(圖四)。

圖四、員工們正在組裝濾光片

隔日一早,我們啟程出發到蘇州,首先參觀了東山雕花樓,雕花樓所有的樓台庭閣雕工之精細令人嘆為觀止(圖五),屋內房間的擺設十分典雅,還有許多隱密的空間為主人藏寶之用,可遙想當年園主人財力之雄厚。

圖五、東山雕花樓

第二站則為啟園,俗稱席家花園,園中也有許多的太湖石造景,池水中種植了許多荷花,頗具小橋流水之意境(圖六左);亭中還有一長廊椅稱為吳王靠(圖六右),配上庭外開闊的景致頗具氣勢;而令人印象最深刻的就是太湖的景致了,寬廣的湖面讓人一覽便覺得心曠神怡、胸襟都開闊了起來。

圖六、左為啟園一景,右為光電所同學在吳王靠上合影。

圖七、左為太湖,右為御碼頭前合影。

 

十一】

撰文:光電所博士班學生魏子喬

此次與南京大學博士生交流,文化參訪的前兩天遊覽了中國歷史文化名城—揚州以及有「人間天堂」美譽的蘇州。在揚州參訪了中國四大名園之一的个園,園中翠竹難以計數,以奇石假山疊成的四季之景更是讓旅人遊園一周就經歷了春夏秋冬、季節更迭。而蘇州的東山雕花樓以其極為精緻的樑柱雕飾和鑄鐵裝飾享譽盛名,此樓建地雖小,但卻把江南雕刻工藝表現得淋漓盡致。位於太湖之濱的啟園,依山而築傍水而建,盡把蘇州的湖光山色和人文涵養融為一體,乃中國園林建築的完美體現,在在讓來自台灣的我們藉著風光迤儷而感到心曠神怡。

非常感謝南京大學師生在安排文化參訪上的用心,讓我們一次就盡覽了中國江南最為精華的建築和秀美的山水,十月十二日我們一行來到了五代時期吳越國和南宋的都城,並且為中國七大古都之一的杭州。自古有言「上有天堂,下有蘇杭」,加上自小聽到的傳說故事—白蛇傳和梁祝,讓我對於西湖美景十分嚮往,在西湖上乘著仿古遊船,這一片湖光山色配合著西湖十景實在令人彷彿置身古代。西湖十景有蘇堤春曉、麴院風荷、平湖秋月、斷橋殘雪、花港觀魚、南屏晚鐘、雙峰插雲、雷峰夕照、三潭印月以及柳浪聞鶯,這次是一次看足了,可惜的是當年許仙與白蛇生離死別的雷峰塔已在一九二四年倒塌了,如今我們看到的雷峰塔已是再造,法海當年說「雷峰塔倒,西湖水乾」竟已成真,民間盛傳當年雷峰塔倒時一股青煙直上天際,乃是白蛇脫離百年束縛,終於換得自由。好在江南四季分明,降水與日照充足,西湖湖水並不會乾枯。微風過處,湖畔盡是落英繽紛,伴著宛若杏花一般的細雨,看著那旅人攘往熙來的斷橋上,彷彿真有個敦厚癡情的書生許仙正在等待著重新出世的娘子。

圖一、雷峰塔已在一九二四年倒塌,如今我們看到的雷峰塔已是再造。

圖二、花港觀魚是西湖十景之一,此時一葉輕舟正淡淡地劃過西湖。

古剎靈隱寺位於飛來峰旁,飛來峰怪石嶙峋光禿無植被,與附近山色極其格格不入,盛傳飛來峰為天外飛來仙山,東晉時印度僧侶慧理途經此地見其景色奇幽、雲霧繚繞,認為是仙靈隱居之處,就在此破土建寺命名靈隱。飛來峰與靈隱寺間有一條小河流經,岩壁上雕刻著五代至元代五百多年來陸續完成的石雕佛像,雕像手法細膩且神態莊嚴,彌陀、觀音數不勝數,極為壯觀,更顯中國古代藝術非凡成就。靈隱寺天王殿內主佛為大肚彌勒佛,神態和藹慈祥、滿面笑容,正是「大肚能容,了卻人間多少事;滿腔歡喜,笑開天下古今愁。」而大雄寶殿內的釋迦牟尼佛座像為全中國最大的木雕座像,蔚為壯觀外亦令人心生肅敬,剎那間訪客一切的苦悶憂愁已轉化為塵埃。

圖三、飛來峰造像保存自五代至元代五百多年來陸續完成的石雕佛像,共有三百四十五尊,蔚為壯觀。

圖四、靈隱寺創建於東晉,距今已有一千六百多年歷史,乃中國最早的佛教寺院和十大古剎之一。

圖五、杭州孔廟大成殿為單層重檐木構古建築,內部天花彩繪極為精緻,十足展現中國古人精良工藝及文化藝術層次。

翌日,我們一行轉往南京,南京有兩千五百多年的建城史,具六朝古都及十朝都會之稱,擁有深厚的文化底蘊,人文景觀眾多。而中山陵更是每個台灣旅客必定拜訪的史跡建築,紫金山下孫中山先生手書「博愛」二字的博愛坊,望穿三百九十二級花崗石台階,不禁令人遙想當年中山先生領導民主革命推翻滿清統治,創黨建國何其艱辛不易,而政治綱領三民主義更是保障和捍衛人民的基本權利和自由。在墓室祭堂外可順著紫金山山勢俯視整個中山陵,氣度恢弘、沉靜肅穆 。

圖六、中山陵陵門上覆藍色琉璃瓦並刻有孫中山先生手書的「天下為公」四個鎏金大字,顯得莊重肅穆。

與南京大學博士生交流活動一行在南京夫子廟譜上終曲,夫子廟臨江南貢院,倚秦淮河畔,而流經南京城內的這一段被稱為「十里秦淮」。江南貢院是中國古代最大的科舉考場,許多才子考場失意轉而流連隔河相望的藝妓院,亦留下可歌可泣的金陵八艷傳奇故事。以前赴京趕考的景象已不復存在,現今秦淮河畔取而代之的是一家家的商店攤販,旅客留連其間,我們亦乘坐仿古畫舫,古代建築與現代燈飾交織穿插,秦淮河畔歷經百年的蛻變已有了不同的風貌,而百年之後,它又要以什麼樣的姿態展現在世人眼前?

圖七、十里秦淮據說乃秦始皇鑿通引水之用,今以現代燈火點綴,美不勝收。

圖八、乘坐仿古畫舫可看到河岸邊上的中國古代最大科舉考場-江南貢院。

一路上看遍中國古代歷史都城,自西漢以降的人文風情和水秀山明,彷彿穿越時光隧道,看盡一個朝代的興起,另一個時代的衰敗,歷史更迭一代接著一代,在這些歷史古蹟前我看到了中國先祖的文化涵養與人文精神,如果我們都只是歷史洪流中的剎那,那我們能留給後世子孫的究竟是什麼,百年之後是否也有人帶著敬仰的眼光遙想著我們?正是:「君子之澤,豈獨五世而已,蓋得其人,則可至於百傳。嘗試與子登孤山而望吳越,歌山中之樂而飲此水,則公之遺風餘烈,亦大見於斯泉也。」—蘇軾《六一泉銘》

 

 
     
 
 
Investigation of focused ion beam milling process

Professor Chieh-Hsiung Kuan

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 管傑雄教授

Focused ion beam (FIB) technique enables nanomachining of materials directly and site-specifically. Some kinds of surface structures which require complex conventional processes to fabricate can be facilely obtained with FIB. During a FIB machining process, the desired patterns are milled with a scan of adjacent ion beam spots. In this study, we investigated the surface topography evolution of Si(001) milled with a single Ga+ beam spot of different dwell time.

Fig. 1 shows typical AFM images of single-spot-milled Si(001) surfaces. For the samples of short dwell time, the surface shows a protruding topography which comes from the amorphization of Si after a low dose of ion bombardment (swelling effect). As the dwell time exceeds 1 ms, the milling process begins to dominate. The depth at each radial distance of the pit varies almost linearly with dwell time in the range of 1.5-84 ms (Fig. 2). In addition, the slopes of the depth-dwell time graph can be approximately described by a Gaussian function of radial distance (Fig. 3). Thus the surface profiles of the milled pits can be effectively expressed as an equation of radial distance and dwell time. Fig. 4 shows the calculated profiles as well as the AFM data. The difference between measured and calculated values is within only 3 nm. Based on these results, 3D surface structures can be accurately realized for further device applications.

Fig. 1. AFM images of Si(001) surfaces after the process of single spot milling with a dwell time of (a) 88 μs, (b) 445 μs, (c) 667 μs, (d) 1.5 ms, (e) 3.3 ms, (f) 7.4 ms, (g) 16.7 ms, and (h) 38 ms.

Fig. 2. Change of depth with dwell time at each radial distance of the pit. The slopes decrease outward from the center.

Fig. 3. Change of the slope of depth-dwell time graph (Fig. 2) with radial distance. The red solid line represents a Gaussian fitting curve.

Fig. 4. Calculated depth profiles (solid lines) as well as the AFM data (hollow dots). The difference between measured and calculated values is within 3 nm.

 

 

     
 
 
論文題目:設計多階式繞射光學元件於雷射光束整形之研究

姓名:許顧輝   指導教授:林晃巖教授

 

摘要

伴隨著製程技術的進展,繞射光學元件 (diffractive optical element) 日漸受到重視。它們具有體積小、重量輕、以及光學功能整合性的優點,尤其是多階式 (multi-level) 繞射光學元件,它們在大量生產上具有很大的優勢,其中,二位元光學元件 (binary optical element) 更是製程上成本最低的選擇。我們研究的目的是設計出性能比較好的元件。我們提出一個遞迴設計方法,並比較由遞迴傅立葉演算法 (iterative Fourier transform)、直接搜尋法 (direct search),模擬退火法 (simulated annealing) 所設計出的元件性能。我們設計一個一般常見的範例,即將入射高斯分佈的光束於成像面上整形成均勻的方形強度分佈。我們建立數學模型來研究設計參數對於設計元件的性能有什麼樣的影響,研究的參數包含入射高斯光束的直徑大小、元件的量化階數、以及目標圖形的組成頻率。二位元光學元件在多階式繞射光學元件設計中是比較特殊的例子,設計出來的元件性能也往往不如預期。於此,我們提出各種的價值函數 (cost function) 並將其應用在模擬退火法中以求能設計出性能較好之元件。最後我們設計一個實際比較大尺寸的二位元光學元件,並且簡單分析其在製程上的公差。另外,我們對於近軸近似假設 (paraxial approximation) 在繞射強度分佈計算上所造成的誤差提出另一種看法與觀點,更進一步地提出一個計算方法以獲得較精準的繞射場強度分佈計算。在這方面,我們以數值模擬以及一個簡單的實驗來驗證我們的推論與計算方法。圖一為所設計之二階純相位繞射光學元件,而圖二為其繞射圖形。

圖一

圖二

 

 

論文題目:光起始聚合反應的動力學研究及其應用

姓名:勤竣傑   指導教授:黃鼎偉教授


摘要

近年來,光固化機制被應用在許多的領域中,例如,牙齒修補、醫學治療、發光二極體的封裝,以及自我寫成光波導(self-written waveguide)等相關應用。在此篇論文中,用於多種應用中的光固化聚合反應之模型被提出。我們也探討了溫度是如何影響固化反應中,光啟始反應速率、光固化速率、以及固化反應的均勻度。再者,用於發光二極體的封裝、自我寫成波導應用中,光啟始固化反應的動力學被詳細得探討。光傳播的行為可以用光束傳播法(beam propagation method)表示,而從發光二極體表面發出的光強度分度,可由積分每一無限小且位於發光二極體表面的發光源得知。接著我們提出基於有限差分法的模擬流程,來解決光固化反應中光學吸收和固化反應的交互作用。隨時間變化之固化物的形狀可由單體分子濃度的變化所分析且決定。本模擬流程可描繪出固化物之精確的尺寸、形狀,於不同的固化反應條件下,不同的固化時間、光強度、單體濃度、吸收係數等等。最後,我們實作了光二極體封裝實驗,及其他論文實驗的佐證,證明我們的模擬結果符合相關之實驗的結果。

圖一、Simulation results of encapsulant lens designed by active packaging method with multiple LED chips.

圖二、Profiles of Itotal ,CA, CM for different curing times (t = 0s, 6s, 7s ,8s, and 9s), with the same LED power P = 0.3w (CT cases). CA represents the annihilation amount of the photoinitiator.

 

 
 
 

— 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、張劭宇 —

奈米結構的紙

找到一個同時具有高穿透率與高霧度(因此穿透光可以均勻地散射)的太陽能電池基板材料是非常有挑戰性的一件事,目前出現一種加工後的紙是一個很理想的基板,Zhiqiang Fang以及其在美國、中國的共同工作團隊開發出了一種基於木頭纖維的奈米結構紙(如圖一a),並且這種紙能達到96%的穿透率以及60%的霧度,這種材料對於像太陽能電池這種光伏元件具有很大的應用潛力,因為它可以減少太陽能電池在不同角度下對於太陽光吸收率的差異,同時它還可以應用於減少面板因為太陽光的鏡面反射與炫光。

這團隊利用了一種叫做TEMPO的氧化製程將羧基引進木頭纖維裡,這個方法將纖維之間的氫鍵打斷了,因而導致木頭纖維膨脹,最後造成這張紙具有更高的堆積密度進而提高了光學的穿透率與霧度(如圖一b、c)。

圖一、(a)樹的構造,纖維束與紙在TEMPO氧化製程前與後的示意圖。(b)左上角為正常的紙,左下角為此纖維束分子結構。(c)右上為經由TEMPO製程後而做成的透明紙,右下角為其纖維束結構,可以發現TEMPO氧化製程將羧基置入在C6的位置上。

經由電子掃描顯微鏡可以看出這種被纖維填滿的透明紙具有較均勻的表面,並且在波長400–1,100的範圍裡,這種透明紙具有96%穿透率以及60%的霧度(如圖二a、b)。

圖二、透明紙、奈米紙以及PET三者之光學特性示意圖(a)利用積分球量測出三種材料在不同波長下其光的穿透率。(b)三種材料在不同波長下霧度比較圖。

利用層壓的方法將透明紙壓印在有機太陽能電池上面,並測量不同入射光角度隨光電流的變化,可以證明此種透明紙確實有提高光壓元件霧度的優點,測出的光電流在角度大於7度還有入射角介於60至87度之間時,比沒有加上透明紙的太陽能電池還要大上15%,透明紙可以提高太陽能電池10%的能量轉換效率(從5.34%提升至5.88%)。

效率提升的原因主要有兩個,其一是當透明紙加上光伏元件時,因為光伏元件與透明紙折射率差異較小,因此造成較少的反射效應,入射光進入透明紙後的散射造成光線傳播的方向改變。

圖三顯示加上透明紙的矽板作為太陽能電池的效果。當透明紙以層壓的方式沉積在矽板上,在空氣與矽板交界面間有厚度 33μm透明紙,等效折射率在各層之間的分布呈現漸變效果。透明紙的散射強度隨角度而變,由圖三中可知散射角最大為34度。由圖三中可看出加上透明紙的矽板對於太陽能電池來說會有較好的太陽光吸收率。圖四顯示有加上透明紙時,光伏元件之光電流不管光在哪個入射角下都比未加上透明紙之情況來得大,因此透明紙可以提昇光伏元件對於太陽光的吸收率。

圖三、(a)厚度 33μm透明紙以層壓的方式沉積在矽板上的示意圖。(b)等效折射率在空氣與矽板交界面之分布。(c)等效折射率在加了厚度 33μm透明紙後各層之間的分布。(d)透明紙散射行為示意圖。(e)透明紙在不同角度下的散射強度分布圖,由圖中可知散射角最大為34度。(f)這是以直徑0.4 mm的雷射打入透明紙,並且觀察到它的散射效應圖。(g)矽板上未沉積與有沉積透明紙這兩種情況下的光吸收比較圖。

圖四、(a)透明紙貼合在玻璃另一側之元件結構圖。(b)光伏元件加上與未加上透明紙其光電流隨入射角之分布圖,由圖中可知有加上透明紙時,光伏元件之光電流不管光在哪個入射角下都比未加上透明紙之情況來得大。(c)此種加上透明紙的光伏元件因為霧度效應之出光強度隨角度變化圖。(d)有加與未加透明紙的光壓元件經由散射光照射下其電壓電流曲線比較圖。

 

參考資料:

1. Noriaki Horiuchi, Nanostructured paper, Nature Photonics 8, 172 (2014).

Published online 28 February 2014, doi:10.1038/nphoton.2014.43

http://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n3/full/nphoton.2014.43.html

2. Zhiqiang Fang, et al., Novel Nanostructured Paper with Ultrahigh Transparency and Ultrahigh Haze for Solar Cells, Nano Lett. 14 (2), pp 765–773, 2014. doi: 10.1021/nl404101p http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl404101p

   
 
 
 
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