交通大學照明與能源光電研究所學位論文
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本研究利用水熱法並首次以Al(NO3)3·9H2O作為鋁來源引入氧化鋅奈米柱晶格內以修飾氧化鋅奈米柱本質特性，並製作成鈣鈦礦太陽能電池。鋁摻雜氧化鋅奈米柱之X-ray繞射圖顯示其(002)晶格平面具有較大的2θ值和較強的繞射強度。也觀察到鋁摻雜氧化鋅奈米柱相對於未摻雜氧化鋅奈米柱具有較大的光學能隙和較高的電導率。穩態螢光光譜顯示在鋁摻雜氧化鋅奈米柱與鈣鈦礦層之接面具備有效的載子萃取與收集行為。經過優化之鋁摻雜氧化鋅奈米柱元件之開路電壓為0.84 V，短路電流密度為21.93 mA/cm2，填充因子為57%，功率轉換效率為10.45%，相較於未摻雜氧化鋅奈米柱元件高出23%。
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本研究中提出以鎳摻雜氧化鋅奈米柱陣列和鋰鹽摻雜的聚噻吩做為電荷收集層之新穎正結構鈣鈦礦太陽能電池。採用水熱法在ITO基板上製備垂直成長的鎳摻雜氧化鋅奈米柱以提供電子傳導路徑。[6,6]-苯基-碳六十一-丁酸甲酯(PCBM)引入鎳摻雜氧化鋅奈米柱陣列和鈣鈦礦層之間以提升電子萃取能力。同時聚(3-己基噻吩)摻雜雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鋰(Li-TFSI)做為電洞傳輸層。三種鈣鈦礦材料包含MAPbI3、(MA)x(FA)1-xPbI3及(MA)y(GA)1-yPbI3做為光捕獲層以提升光伏元件之轉換效率。優化之鈣鈦礦太陽能電池結構為ITO/Ni-doped ZnO nanorods/PCBM/(MA)y(GA)1-yPbI3/P3HT+Li-TFSI/Au，顯示開路電壓為0.83 V，短路電流密度為23.73 mA/cm2，填充因子為70%，功率轉換效率為13.79%。
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本研究中將含有不同相反離子的三種銨鹽，包含四丁基溴化銨、四丁基四氟硼酸銨和四丁基六氟磷酸銨引入[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯([6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester, PCBM)做為電子傳輸層。添加銨鹽的PCBM之電子遷移率和費米能階均較純PCBM為高。從螢光光譜淬熄分析中，亦可知添加銨鹽之PCBM與鈣鈦礦之間的介面有較好的電荷傳輸效果。本研究製作元件結構為ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbI3/PCBM+salts/Ag之反結構鈣鈦礦太陽能元件，顯示使用添加銨鹽的PCBM作為電子傳輸層之元件JSC 和 FF均有明顯提升。最佳元件為PCBM添加TBABF4之鈣鈦礦元件，其效率達到13.41%，相較使用無摻雜PCBM之元件顯得更為優越。
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本論文探討具氯取代基之苝苯亞醯胺衍生物N,N′-bis[2-(4-chlorophenyl)ethyl]-3,4,9,10-perylenetetradicarboximide (Cl-PEPTC)，以溶液式製程成長為單晶微米帶，並製作為N型有機場效電晶體，其載子遷移率為1.05 × 10-3 cm2V-1s-1，臨界電壓為68.3 V，開關電流比為4.74 × 104。進而探討元件在不同環境下的電性穩定度，包含(ⅰ)氮氣手套箱、(ⅱ)一般大氣環境下(相對濕度為50 – 60 %)，及(ⅲ)高濕度環境(相對濕度 > 90 %)，其中在氮氣手套箱與一般大氣環境下，元件在第80天還有穩定的場效電性表現，其開關電流比仍維持在103，造成元件電性下降的主要原因，可能為氫氧根基團形成陷井而捕捉載子。 為探討Cl-PEPTC微米帶場效電晶體的相關應用，選用三種LED－白、紅及綠光源照射元件，進行光電晶體特性量測，其中在白光的照射下，可得到最高載子遷移率的提升。透過三種不同功率密度的光源，可知光電流與暗電流比(photocurrent/dark-current)受到功率密度大小影響，光響應度(photoresponsivity)則受到Cl-PEPTC微米帶吸收光譜的影響。最後，將Cl-PEPTC微米帶場效電晶體進行變溫量測，結果顯示載子遷移率隨著溫度上升而提高。
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非線性顯微術，是一具三維高解析度的虛擬切片技術，並被廣泛運用在生物、化學以及醫學的研究上。近年來，因為醫療及工業上的需求，發展小型、可攜式、光纖化的非線性顯微鏡是一重要的研究課題。當前存在的微小光纖化非線性顯微鏡研究可分為兩大類，包括遠測掃描式(Distal Scanning)以及近側掃描(Proximal Scanning)機制兩種。目前所需探討的問題為如何有效利用光纖傳遞飛秒雷射和收集樣品的非線性訊號，及如何封裝微小型的的內視鏡探頭，而現存的遠側和近側兩類掃描機制尚且無法完全解決上述根本問題。在本論文中，我們首先提出了一種新穎的波向量編碼雷射掃描內視鏡。此內視鏡是藉由方型光纖傳遞光的波向量函數(其中雷射脈衝經由1公尺的光纖僅展寬1.28倍寬度)，並利用LabVIEW程式進行影像索引編碼，最後以1030 nm 飛秒雷射和螢光小球做為光源及樣品端來展示出雙光子螢光內視鏡。
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本研究之目的在於結合二氧化鈦奈米柱與氧化鎢層以製備反結構光電元件並提升其效率。利用水熱法在氟摻雜之二氧化錫(FTO)基板上製備不同長度之二氧化鈦奈米柱，長度短於200 nm之二氧化鈦奈米柱於可見光波段之穿透率高於80%。製作結構為FTO/TiO2 nanorods/Ionic PF/MEH-PPV/PEDOT:PSS/WO3/Au之反結構發光元件，最佳元件效果為使用長度100 nm之TiO2奈米柱，其最大亮度及電流效率各為4,493 cd/m2及0.66 cd/A，相較於以緻密層及較長之奈米柱作為電子傳輸層而言具有更佳的元件效益。 製作結構為FTO/TiO2 nanorods/Ionic PF/P3HT:PC61BM/ PEDOT:PSS/WO3/Au之反結構混成式高分子太陽能元件，並以P3HT:PC61BM作為主動層。最佳元件為使用長度600 nm之TiO2奈米柱搭配氧化鎢薄膜分別做為電子傳輸層與電洞萃取層；該元件之開路電壓、短路電流密度、填充因子及功率轉換效率分別為0.56 V、6.8 mA/cm2、55%及2.08%。相較於緻密層及奈米粒子製作之元件，以二氧化鈦奈米柱製作元件之短路電流密度及效率值較高。此部分亦利用含吡咯併吡咯二酮團基之聚噻吩衍生物作為主動層以製作太陽能元件，其開路電壓、短路電流密度、填充因子及功率轉換效率分別達到0.56 V、8.53 mA/cm2、52%及2.48%。以上結果說明二氧化鈦奈米柱具有應用於光電元件之潛力。
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本研究提出一種新穎且由三氧化鎢奈米材料與碳酸銫/苯基碳六十丁酸甲酯雙層緩衝層組成之載子傳輸層以製作鈣鈦礦太陽能電池元件。本研究採用溶液凝膠法與水熱法製作兩種不同型態的三氧化鎢結構，包含奈米粒子和奈米柱。碳酸銫/苯基碳六十丁酸甲酯雙層緩衝層被引入三氧化鎢和鈣鈦礦主動層之間以提升載子傳輸效率，並形成無孔洞之鈣鈦礦層。除此之外，引入上述的雙層緩衝層能有效地抑制鈣鈦礦太陽能電池之漏電流。最佳元件結構為使用三氧化鎢奈米粒子層結合碳酸銫/苯基碳六十丁酸甲酯雙層緩衝層，其開路電壓為0.84 V，短路電流密度為20.4 mA/cm2，填充因子為0.61，功率轉換效率為10.49%，其元件表現遠高於未引入碳酸銫/苯基碳六十丁酸甲酯雙層緩衝層之鈣鈦礦太陽能元件，此研究成果展現三氧化鎢奈米材料結合碳酸銫/苯基碳六十丁酸甲酯雙層緩衝層能有效改善鈣鈦礦太陽能元件之表現。
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光學外差干涉是一種常見的利用光源產生射頻訊號方法，在我們的研究中，內含布拉格反射鏡之單石化二段式分布式回饋雷射可以藉由共振腔之間的相互作用來產生可調變的射頻訊號。由於光回饋效應會對雷射特性產生好的影響，尤其在雷射線寬的部分，所以我們提出了一套光回饋控制系統來研究在光回饋之下的射頻頻譜特性，結果顯示在施加最大的光回饋後，雷射線寬會降低至原本的一半寬度，而且在雷射兩面都加上光回饋時，我們可以測得最小的線寬。而且我們還研究雷射在不同光回饋強度之下的動態特性，為了分析多模訊號，我們建構了一個摺積頻譜來擬合自差法量測到的頻譜。此外，射頻訊號的線寬會隨著不同電流配置而改變，並在接近注入鎖定區域時顯現出較小的線寬。
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本論文描述一個多功能顯微鏡系統，此系統具備奈米移動平臺與振鏡掃描組兩種掃描方式，由於兩種掃描方式會由光路上的調整造成兩幅影像具有平移、旋轉和縮放差異。為了使多功能掃描顯微鏡操作便利，我們研發一個影像配準的技術精確的校正兩幅影像之間的影像差異。 由於相位相關演算法不能估計同時具有平移、旋轉和縮放三種變化的影像差異，首先會使用二值化影像處理使相位相關的演算的精確度提高，將影像相同的特徵點重合且視為新轉軸，再利用相位相關估計，最後我們利用此校正術找到所需的三種參數，並由五組實驗數據證實了此方法能夠精確的解決平移、旋轉和縮放的影像差異。