中央大學光電科學研究所學位論文
國立中央大學,正常發行
選擇卷期
- 學位論文
本篇論文，我們提出利用二維光子晶體Mach-Zehnder干涉儀來儲存光能量。所研究的Mach-Zehnder干涉儀是由光子晶體分光器、波導與轉角波導(arm)所構成並利用有限時域差分法(FDTD)來模擬光場與能量分佈。為了能夠儲存能量，我們改變光子晶體Mach-Zehnder干涉儀中部分區域的折射率讓相位差可以產生變化，進一步地使Q值可以自由地操控。目前能量儲存的模擬結果，其Q值大小約為1482。
- 學位論文
本研究使用光學設計軟體設計出一個鏡頭，接著將角錐體微稜鏡陣列板置於鏡頭前，利用稜鏡的偏光特性使單一鏡頭拍攝出四個不同角度的影像。本論文的稜鏡設計藉由頂角的控制可區分為兩種不同用途之設計，第一種設計可使影像一分為四且不重疊，而第二種設計則可應用於劇場式立體攝影系統，減少攝影機之使用量達到降低成本及提高空間的利用性。本篇論文同時提出將物體光源分為四等份來模擬出三維物體的光源，並利用LightTools光學模擬軟體模擬系統架構並驗證本研究之可行性。
- 學位論文
本篇論文是以電子迴旋共振化學氣相沉積法(ECR-CVD)來探討薄膜特性與初步p-i-n太陽能電池的特性，ECR-CVD屬高密度電漿，主要是當磁場內的電子迴轉角頻率和入射微波頻率相同時產生共振吸收達到最大能量轉換。相較於傳統PECVD，ECR-CVD有以下幾項優點，如優異的沉積速率、無電極汙染、較高氣體使用率、低離子轟擊能等等。此實驗中我們將調變氫氣稀釋比例、微波功率、製程壓力、氣體總流量、氬氣總流量等參數來探討其對薄膜品質的影響，將會利用傅氏轉換紅外線光譜儀、紫外可見光光譜儀等儀器量測薄膜特性，也利用AM1.5太陽光模擬器、Keithley量測太陽電池的電性。實驗結果發現(1)在晶相過渡區前有較優異的薄膜品質特性，(2)微波功率和總氣體流量是影響沉積速率的主要因素，(3)製程壓力為其於薄膜特性的影響主因，因此製程壓力相當重要。我們在本質層實驗中挑選一組光暗電導比值最大的參數做為薄膜電池中的本質層，目前初步薄膜太陽電池效率(η)=1.03 %、開路電壓(VOC)=0.56 V、短路電流密度(JSC)=4.30 A/cm2 、填充因子(FF) =42.6%。
- 學位論文
本論文探討利用非光線追跡設計太陽能電池集光器，本設計包含楔形棱鏡、繞射光柵、與體積小等。利用模擬演算法證明此實驗結果與給出此條件與參考數據。 模擬發現此設計太陽能電池集光器，波長可接收範圍在500 nm以上。太陽能集光器的長度與厚度的比例可以超過7，輸入單位面積強度與輸出單位面積強度比值超過3.7，二維的角度容忍度可達到 ±53 °和±13 °。
- 學位論文
本研究使用奈米小球微影法在單面拋光多晶矽基板上以乾蝕刻的方式蝕刻出錐狀、柱狀及子彈狀結構。接著利用原子層沉積法在反射損耗較低的子彈狀結構表面鍍一層抗反射膜，以降低表面反射率。在量測分析上利用量測基板的反射率來討論不同形貌的結構對光學特性的影響。最後，我們將製程方法使用在非拋光多晶基板上以降低太陽能電池生產成本。 實驗結果發現不同高度的錐狀及柱狀結構，高度越高具有較低的反射率。相同高度不同頂角的子彈狀結構，頂角越小則具有較低的反射損耗。子彈狀結構相較於錐狀及柱狀具有較低的反射率，而ZnO抗反射膜可將波長300~1000nm平均反射率可降至0.69%。在光以大角度入射時也有極佳的抗反射效果。在光60度角入射時，波長400~850nm的平均反射率低於3%，其優化的光電流可達到36.55mA/cm2。將製程參數使用在非拋光基板上時，在波長300~1000nm的平均反射率為1.72%。在光60度角入射時，平均反射率達到3.39%，其優化的光電流可達到36.18 mA/cm2。
- 學位論文
科技日進千里的發展讓人們對生活品質的要求愈來愈高，近年來蓬勃發展的觸控市場，如觸控式手機、iPad、平板電腦、電子書…等，這些產品內都有著透明導電薄膜的應用。不同科技產品所需要的片電阻範圍不同，例如觸控面板的片電阻要求較高約在400Ω/□左右，以免片電阻過低產生誤觸感應的情況，而較高的片電阻可藉由導電膜製鍍較薄的厚度來得到，此外，薄化ITO膜亦可提高業界材料成本競爭力與出貨效率。 本論文利用磁控濺鍍法在室溫下製鍍ITO薄膜，隨後進行200℃~450℃的大氣退火，研究分析20nm以下的極薄層與一般膜厚退火導電機制差異，並探討不同靶材摻雜比例的影響。 以90% In2O3 + 10% SnO2靶材室溫製鍍膜厚20m的ITO膜片電阻為265Ω/□，在200℃與450℃的大氣退火之後分別有588Ω/□與572Ω/□的片電阻值，並且連同玻璃基板的總可見光平均穿透率在退火前後皆在85%以上。
- 學位論文
在本論文中，我們提出了液晶灌注於布拉格反射鏡波導的結構，來製作一種可調變式的波導元件。藉由外加電壓的影響，來改變液晶分子排列與波導內部核心(core)的折射率變化。並且運用布拉格反射鏡的光波長選擇性，期望能將波導作為可電調控式的光開關與光學濾波元件。 該元件中的波導包覆層(cladding)為布拉格反射鏡，乃經由二氧化矽(silicon dioxide, SiO2)與氮化矽(silicon nitride, Si3N4)兩種膜層堆所組成的高反射率之布拉格反射鏡，其原理是利用干涉光學將光侷限於液晶核心中。在膜層設計上，我們利用傳遞矩陣法(transfer matrix)來決定膜層結構，再藉由光束傳播法(Beam Propagation Method)模擬計算元件的侷限效果。 在量測方面，(1)我們運用偏光顯微鏡架構來觀察不同電壓下波導中的液晶形態，藉由光偵測器來量化所看到的情形，進而臆測液晶傾角與電壓的關係。(2)我們量測在532nm波段的傳輸行為，發現不論任何角度偏振的光源耦合至波導，該波導輸出端的強度都會因外加電壓增加而衰減；當外加電壓為9Vrms時，輸出端的強度為最弱，且消光比(extinction ratio, ER)達到28dB，可作為光開關。(3)我們量測波導的可見光波段頻譜與電壓之影響，發現波導的傳輸頻譜會因為電場作用下而有了選擇性濾波的功能，並隨著電壓增加而輸出光強逐漸消逝。最後施加至30Vrms時，波導會變為可侷限全可見光範圍之傳輸頻譜的現象。 我們的模擬及實驗結果，期望可幫助設計與製作以液晶灌注於布拉格反射鏡波導為基礎之可調式光電元件。
- 學位論文
本論文主要著重於利用RGB LEDs混光之技術，設計投射燈具。其系統具有色彩可調之優點，且應用於產生白光時，將擁有色溫可調的特性。然而，光學效率和色彩均勻度為設計中最重要之議題。因此，論文中將先定義色彩均勻度的量測與分析方式，以及針對燈具中各項參數進行探討與驗證，最後設計出高效率的混光投射燈具。
- 學位論文
干涉微影具有大面積製作、快速、低成本、可調整周期等優點，不論是奈米等級的蝕刻，製作光罩在太陽能電池，光子晶體上都有廣泛的應用。在本研究中利用干涉微影的方法在製作週期500nm~ 1000nm的次波長結構，應用在非晶矽薄膜上期望增加吸收率，利用模擬和實驗討論每一層結構對穿透率、霧度(Haze ratio)、吸收率的影響，討論模擬和實驗的正確性。在模擬中、非晶矽太陽能電池的光學吸收率，在週期為500nm的次波長結構有最佳的光學吸收率，增益了20.5%的光學吸收率。當有背反射層時，在週期為300nm時有最佳的吸收率比沒有結構的太陽能電池增益了18.5%的吸收率。而在ITO厚度是70nm時有最好的抗反射效果。 本實驗中製作週期500nm~1000nm的結構非晶矽薄膜，結果發現在長波段或在短波段部分吸收率都有提高，尤其是在結構週期為500nm，深度130nm的微結構薄膜有最好的吸收率，比沒有結構的太陽能電池增益了42.8%的光學吸收率。而在鍍上一層銀的背反射層之後再量測一次非晶矽薄膜的吸收率，發現有加背反射層非晶矽薄膜吸收的波段變廣，週期500nm的結構吸收收率增益41%。
- 學位論文
本篇論文是利用電子迴旋共振化學氣相沉積法electron cyclotron resonance-chemical vapor deposition (ECR-CVD)來成長矽薄膜太陽能電池，主要在探討p、n摻雜層在不同條件下所成長出的薄膜特性與不同條件的p摻雜層對於太陽能電池的影響。 ECR-CVD是利用微波激發使腔體內部的氣體解離，屬於高密度電漿化學沉積，優點除了高密度電漿外，還有較低的離子溫度、較快的鍍率、較低的離子轟擊、較低的工作壓力等。藉由利用不同的氫氣稀釋濃度、工作壓力、摻雜氣體濃度、微波功率或氬氣混合濃度，可以達到不同特性的p、n薄膜。 利用ECR-CVD能夠成長高摻雜的硼與磷摻雜微晶矽，雜質摻雜濃度能控制在19到20次方以上，厚度在100nm上下時能控制結晶率到35%，而載子移動率也能利用較低的摻雜氣體流量來改善，能將載子移動率從0.1 (cm2/ V-s)提升至 1.2(cm2/ V-s)。 利用沉積摻雜濃度為2.3E19、載子移動率為1.25 (cm2/ V-s)之p層與摻雜濃度為6.71E19、載子移動率為0.884(cm2/ V-s)之n型來成長非晶矽薄膜太陽能電池可達到1.4%效率、4( mA)電流密度、0.8(V)與42%填充因子。