• 學位論文

利用帶有不同官能基的分子進行鈣鈦礦介面改質

本論文主要探討正型鈣鈦礦太陽能電池在膜層之間的介面吻合問題，通過介面改質的方法，修補鈣鈦礦表面缺陷，降低漏電流及遲滯效應，從而提高鈣鈦礦元件電流密度，達到開發高效率、高穩定性的鈣鈦礦太陽能電池的目的。 本研究主要通過不同官能團修飾物修飾TiO2對電子傳輸層/主動層介面的改質效果，採用的結構為ITO/TiO2/鈣鈦礦（perovskite）/Spiro-OMeTAD/Au,通過低溫方式製備nanoparticle TiO2，並且用帶有不同官能團的分子對TiO2表面進行修飾，在TiO2納米顆粒上形成了交聯的網狀結構，形成Ti-O-R的化學鍵，並且用於修飾的R基分子僅存在于顆粒表面的最外層，並通過XPS測量，驗證修飾基官能團已修飾在TiO2納米顆粒表面；從UPS和UV-Visible量測，得出由GABA和Tiacac修飾後的TiO2，改進了導帶的位置，减小了载流子被trap在界面处的可能性，完成能级对准，使元件效率变高。 以此種方法將Tiacac,APTMS,GABA,IPTMS,45-Dich，CPTMS這6中不同分子修飾在TiO2上製成元件，在模擬AM1.5陽光下測得的太陽能電池中，經GABA（-NH2）改性的器件可實現17.39%的能量轉換效率.相較於未修飾的元件（能量轉換效率15.25%），效率顯著提升14.03%

• 學位論文

結合微機電掃描技術與光學同調斷層掃描術以及血管攝影術於鼠腦成像技術開發

在傳統的光學同調斷層掃描 (optical coherence tomography, OCT)對於小鼠神經科學的研究中，由於系統體積及重量太大，因此只能將小鼠固定在載台上並將其麻醉，這種做法使得實驗只能獲得麻醉狀態下的鼠腦資訊，而且限制了OCT 在神經科學上的發展。因此本篇論文中提出了一種小型頭戴式OCT系統(Miniature Head-mounted OCT, MH-OCT)，將OCT系統小型化並減經它的重量，使我們能順利戴在自由活動的小鼠頭上，並利用血管照影術 (OCT Angiography, OCTA)獲取腦部血管影像。該系統使用的是中心波長1310奈米、掃描頻率400 kHz的掃頻式OCT系統(Swept-source OCT, SS-OCT)，並結合了微機電掃描技術，使其能夠快速地獲取三維OCTA影像。我們在實驗中設定了三個不同的小鼠生理狀態(麻醉、清醒、活動)，並使用MH-OCT進行血管照影，比較三種生理狀態下的腦部活動差異。實驗結果表明，在不同生理狀態下，腦部血管會有管徑及流量上的變化，也進一步證實OCT可利用在腦部行為科學的研究上。

• 學位論文

垂直共振腔面射型雷射之設計與優化

以氮化鎵為基底的垂直共振腔面射型雷射因為諸多的優點例如: 低閾值電流、圓形光場等等，使之成為非常受矚目的光源。但是，受到製程中磊晶成長的限制，要達到較低的閾值電流仍是相當困難。另外，光增益的峰值與雷射共振腔的共振波長若彼此無法在頻域區間中對準，會降低垂直共振腔雷射的出光特性。本篇論文中使用光電數值模型以分析雷射元件之光電特性，針對低閾值電流及提升雷射光電特性的設計方法會在本文中討論。此外，共振腔特性和模態增益隨著溫度的變化也會利用數值模擬的方法於本文中討論。最後，將熱效應對雷射特性的影響考慮進設計準則中，提出針對不同元件、環境溫度的優化方法。

• 學位論文

以二維模擬分析鈣鈦礦太陽能電池之遲滯效應和優化條件

隨著全球暖化變得更加嚴重，世界正處於能源轉型的關鍵時期，各國皆積極尋求可替代的再生能源。其中由於鈣鈦礦材料優異的光電性能，新型有機無機雜化鹵化物鈣鈦礦太陽能電池(PSC)成為下一代太陽能電池的新秀，其效率在過去的十年中已從 3 ％顯著提高到 23.3 ％，是國際學術研究中的熱門議題，同時也具有巨大的商業化潛力。然而鈣鈦礦光電元件的遲滯效應一直是尚未解決的問題，它不但會影響測量的準確性和功率轉換效率的可信度，同時也跟有機光電元件不穩定性有很大的關聯。因此，我們實驗室開發了不同的模擬軟體，藉以分析鈣鈦礦太陽能電池中遲滯效應的物理機制。而通常提升元件表現和載流子擴散長度需要投入大量的研究成本和時間，因此，本論文也積極研究在不需要改善材料品質的前提下，針對穩定性好與差的鈣鈦礦光電元件提出優化效率的方法。 在本論文中，首先用二維時域有限差分法(2D-FDTD)構建了一個光學模型，計算太陽光源入射的光場分布以及光生載子分布。接著藉由二維泊松方程式(Poisson`s equation)和漂移擴散方程組(drift-diffusion equation)來模擬有機材料和非有機材料的電性特性，並計算鈣鈦礦太陽能電池中載流子的分佈，以及電流密度-電壓曲線和能帶圖等。此外我們根據實驗理論，利用二維泊松和漂移擴散方程組架構隨時間變化的離子漂移-擴散模型，用以研究由離子遷移作用引起的鈣鈦礦太陽能電池的遲滯特性，並在不同條件下進行了建模，發現與元件的遲滯特性具有很大的相關性，它取決於（1）外加偏壓的掃描 速率； （2）MAPbI3 材料中的離子濃度，以及（3）MAPbI3 的載子壽命。還分析了傳統正式(n-i-p)和反式(p-i-n)MAPbI3 結構太陽能電池的遲滯表現，結果顯示傳統架構的 PSC 具有較大的遲滯效應，我們推斷傳統結構和倒置結構的差異在於器件內部內建電壓差所導致，該差異導致碘離子（I-）遷移至傳輸層並影響載子傳輸與提取，進而導致不同的遲滯現象。此外，本論文的目的是針對不同載子壽命的 PSC 提升元件的效率，分別是 1奈秒、10 奈秒、1000 奈秒的 MAPI3 太陽能電池，並在 FTO 基板上方設計 了三角凹槽的週期性的紋理表面，利用波動光學的方式捕捉太陽光，以增加光電流。並調整了三角結構的振幅和周期以及材料厚度，以找到不同載子壽命的最佳效率優化的週期性紋理結構。通過將 FTO 的厚度從 250nm 減小到50nm，將 Spiro-OMeTAD 的厚度減小到 40nm 至 100nm，可以極大地增加MAPbI3 的光電流並改善 PCE。 因此，在具有適當的三角形結構和材料厚度的情況下，載流子無輻射壽命為 1 奈秒的元件效率從 11.48％提高到 15.34％，載流子無輻射壽命為 10 奈秒的元件效率從 14.02％提高到 18.03％ ，載流子非輻射壽命為 1000 奈秒的元件效率從 18.01％提高到 22.68％。

• 學位論文

有機發光二極體光場顯示之光偏向分析

在現今科技發展之下，多視域3D顯示器可以同時在多個位置上投影多種角度的影像，在不同角度的觀測下便可以享受到3D影像的視覺效果，並且這些先例都可以滿足多位觀察者同時觀測，並且不需要額外的穿戴裝置。但目前這些裝置鮮少設置在個人裝置上，例如:家用電視、筆記型螢幕、可攜式閱讀器……等裝置。儘管標準全息影像技術 ( holography ) 可以很好地呈現3D視覺效果，但全息介質的記錄太慢，無法進行即時操作；裸眼立體顯示將光場離散為狹窄的視域，例如使用積分成像 (integral imaging) 或混合使用的方法，產生連續視差的錯覺使得在一定視距範圍內出現3D效果，此方法也能顯示出大型3D影像並且具有很高的解析度，但此方法在移動顯示器難以實現。 為了解決此問題，本研究在另一個方向上提出了新的解決方案，在元件尺度極小的狀況下 (〖10〗^(-9)~〖10〗^(-6)公尺)，光的波動特性也顯著增加，因此繞射光學此時對元件、影像的呈現需要更多的探討，本文便是使用波動光學設計出繞射元件並加以進行模擬，而此繞射元件亦可稱為光柵 ( grating) 。 本篇目的便是提出可移動3D顯示技術的架構設計與分析，並且使用商用軟體R-soft、matlab進行2D有限時域差分法 ( FDTD ) 模擬與分析，光源則使用有機發光二極體 ( OLED )，範圍以顯示器單一體像素 ( Voxel ) 為模擬環境尺度，以此條件模擬體像素之多角度視域場形、3D效果等資訊。

• 學位論文

二次光學設計應用於雷射車燈之遠燈照明系統

近年雷射照明最廣為人所知的應用即是高級轎車將遠光燈從LED改為雷射頭燈，相比現今最常見的LED，雷射技術的 最大優勢在於他的有效照射距離，其照射距離近乎能達到LED的兩倍，每瓦所能提供的照度相比LED也增加了約百分之七十，另外在電力耗損上，也比LED燈組低很多，因此雷射光源同時具有高效穩定的特點，在效能方面也勝過LED大燈。 本文的主軸是固態照明中，雷射白光光源的開發與應用。雷射技術的研發漸趨成熟我們首先分析了市面上主流的三款高瓦數藍光雷射，從中挑選最適合我們開發應用的雷射源，接著利用該雷射激發螢光體的光 源進行二次光學設計，其坐落在白光曲線上效率可以達到 220~233 lm/W。 在雷射光源投射系統上，探討穿透式的光機架構和反射式架構中之優缺點中，並利用雷射光源點光源特性，設計出高準直投射的光源系統。再加裝凹透鏡和X圓柱平凹透鏡的情形下，進行分析模擬，使其符合ECER112法規點要求之光強度和狹長型的照明範圍。 整合整本論文，第一部份先介紹雷射車燈的優劣勢和設計的方向，將雷射激發光源僅透過拋物面反射腔投射於接收面，觀察其光追跡情形和能量利用率；第二部分我們開發雷 射照明新的投射系統，呈現新的光路架構，並說明量測實驗方法及原理，彌補現今雷射車燈的缺失，並增加照射距離；第三部份透過螢光片的分析和散射方向和角度，利用在本文之光機系統，使色溫的分布能夠更均勻。最後在上述各章節之研究結果作整理，說明其解決的問題和帶來的優勢。

• 學位論文

以表面電漿子耦合改善基於量子點光色轉換的調制行為

在本研究中，我們展示表面電漿子耦合可以提高量子點轉換光的調制頻寬。首先我們將綠光和紅光量子點與合成的銀奈米盤鏈接起來並鋪陳於藍光發光二極體上，經由表面電漿子耦合，所得光色轉換之綠光與紅光的調制頻寬都有顯著提升。當我們再於發光二極體上加上沉積的銀奈米顆粒，其表面電漿子共振可增強綠光及紅光量子點的吸收，綠光及紅光之調制頻寬更進一步提升。由於紅光量子點中的非輻射復合較弱，載子生命期較長，因此紅光的調制頻寬較綠光者要小。當樣品內同時存在紅光及綠光量子點而且它們靠得很近時，從綠光量子點到紅光量子點的能量轉移，包括遠場的發光再吸收以及近場的福斯特共振能量轉換，會導致綠光的調制頻寬提高而紅光的調制頻寬降低。表面電漿子耦合可以提升混合光的調制頻寬。

• 學位論文

表面電漿子耦合對經由膠體量子點從藍光量子井的多光色轉換行為之影響

我們展示了綠光及紅光量子點在連接上化學合成的銀奈米顆粒後，以滴液塗佈的方法鋪陳在表面沉積了銀奈米顆粒的藍光量子井基板上的發光行為。我們利用螢光衰減時間以及溫度變化的螢光強度比值來比較只有綠光量子點或紅光量子點以及兩者混和的樣品。當綠光及紅光量子點同時存在時，我們可以由螢光衰減時間估算從綠光量子點轉換到紅光量子點的福斯特共振能量轉換效率，然而綠光及紅光量子點的溫度變化螢光強度比值不再能視為其內部量子效率，此乃因為量子井、綠光量子點及紅光量子點的吸收與發光強度會隨著溫度不同而改變。根據螢光衰減時間的量測結果，我們發現銀奈米顆粒產生的侷域表面電漿子共振與量子點耦合時，會縮短綠光以及紅光量子點的螢光衰減時間，意味著其發光效率提升，然而表面電漿子耦合也會降低福斯特共振能量轉換效率，換句話說，表面電漿子耦合可以減少綠光轉換成紅光的能量，有助於增強綠光的發光強度。

• 學位論文

藍色量子點發光二極體的效率及壽命提升及高效率綠色熱活化延遲螢光有機發光二極體之研究

本篇論文中包含兩個研究主題。第一個研究主題，我們與友達光電股份有限公司進行產學合作計畫，在量子點發光二極體 (quantum dot light-emitting diode, QLED) 中採用正向熟成處理，以提高元件效率表現。通過正向熟成處理，量子點 (quantum dots, QDs) 與ZnO界面或QDs層具有了更好的載子注入或傳輸能力。與未經處理的QLED相比，在短期內 (<1天) QLED的操作電壓在電流密度1.5 mA / cm2驅動下降低1.46 V，且其效率提高約3.8倍；而在經過長達20天以上的正向熟成後，元件效率更進一步地提高至約7倍。除此之外，藍光QLED中的電洞傳輸層 (hole-transporting layer, HTL) 在定電流驅動下的損壞是影響元件操作壽命的主要原因。透過脈衝驅動的方式，我們將藍光QLED的操作壽命延長了1.85倍，並且在綠光及紅光QLED中亦分別延長了1.76倍和17.22倍的操作壽命。 第二個研究主題中，我們研究以2,4,5,6‐tetra(9H‐carbazol‐9‐yl)isophthalonitrile (4CzIPN) 作為摻雜材料的高效率綠色熱活化延遲螢光 (thermally-activated delayed fluorescence, TADF) 有機發光二極體 (organic light-emitting diode, OLED)，並以9,9'-(2-(1-Phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)-1,3-phenylene)bis(9H-carbazole) (o-DiCbzBz), 9,9',9''-(2-(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)benzene-1,3,5-triyl)tris(9H-carbazole) (o-3CbzBz), 和 9,9',9'',9'''-(3-(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)benzene-1,2,4,5tetrayl)tetrakis(9H-carbazole) (o-4CbzBz) 作為發光層 (emitting layer, EML) 的主體材料，它們是由台灣大學化學系梁文傑教授的研究群所設計及合成的。藉由4CzIPN的低摻雜濃度 (0.5％) 來抑制摻雜濃度猝熄，以及主體材料中的較長的三重態激子擴散長度，使4CzIPN在低摻雜濃度下能獲取盡可能多的三重態激子，我們得以在以o-DiCbzBz，o-3CbzBz和o-4CbzBz為主體材料中的綠色TADF OLED中分別得到了最大電流效率為88.93 cd/A，91.2 cd/A和88.34 cd/A；最大功率效率為79.99 lm/W，82.07 lm/W和79.46 lm/W；以及最大外部量子效率（external quantum efficiency, EQE）為30.3％，31.75％ 和29.44％ 的元件表現。

• 學位論文

繞射光學元件應用於透明顯示器的影像品質改善

顯示器與我們的生活息息相關，路上人人一台的手機、遠端上課所需的電腦或平板、或是客廳中的電視機，都是屬於顯示器面板產業的下游終端產品，技術持續發展，人們對顯示器的要求亦逐漸提高，除了扭曲向列型液晶、VA 垂直排列技術、IPS平面轉換技術等先進的面板技術，以及Full HD、4K UHD、8K4K等更高畫質的顯示技術外，將顯示器變透明且輕薄等也是另一項趨勢。目前透明顯示器之應用主要在商品櫥窗展示、博物館展示，因其技術特性得以使實體搭配顯示器所提供的相關產品資訊，讓資訊傳播能以更直觀的方式呈現。 目前市面上常見的透明顯示器為OLED透明顯示器，其設計原理為將畫素集中排列，沒有畫素的部分使用透明材料，透明度一般在40%以上，不透光的畫素為週期性排列，因此光通過透明顯示器時會產生繞射，亮度變暗，導致後景影像品質下降。本論文的目標是以演算法設計繞射光學元件 (diffractive optical element, DOE) ，使已產生繞射的影像通過此繞射光學元件，再以MSE、PSNR、SSIM、Correlation Coefficient、等影像評估方式去判斷影像通過此繞射光學元件是否提高了成像結果品質，並期許本研究能對開發新型透明顯示器盡一份心力。