Plasmonic Nanostructures

表面電漿(Surface plasmons)為自由電子的集合振盪，特別常見於金屬表面。若於金屬奈米粒子(如金奈米粒子)之中，因電子被侷限，被激發的量子也稱為侷限性表面電漿共振(localized surface plasmon resonance, LSPR)。我們實驗室最早於2009開始研究表面電漿奈米結構於高分子太陽能電池特性的影響。我們也合成新型之金屬奈米粒子，例如氧化石墨烯修飾之金奈米粒子，並置於太陽能電池之中激發表面電漿共振，而能改善元件的能量轉換效率。我們也合成雙極性金奈米粒子，可同時溶於水及有機溶劑，因而利於我們將之置於元件不同位置而能增強其表面電漿共振效應。此外多數的金屬奈米粒子均是基於金或銀等貴金屬，成本過高。因此我們也開始發展銅奈米粒子的表面電漿應用。更多詳細討論請參閱我們發表在Nanoscale之回顧(Review)文。

Indoor Light Energy Harvesting

許多新興太陽能電池技術，如有機太陽能電池與鈣鈦礦太陽能電池等，在低照度的弱光環境下仍能維持其高能量轉換效率(我們近期發表的回顧文)。因此， 本研究室特別針對有機太陽能電池與鈣鈦礦太陽能電池在低照度的環境下發展高效率的製備技術，例如我們已證明高分子的能階位置對其在低照度下的能量轉換效率有決定性的影響(更多資訊)。我們也驗證了表面電漿奈米結構 也能有效提升效率。此外，對於某些奈米電漿增益的元件，我們也發現室內光光源的色溫對效率也有顯著影響。為了為了節能與改善許多電子系統(如IoT物聯網等)的永續性，就近從系統的佈建環境獵取能量的能力越來越受重視，而有機太陽能電池與鈣鈦礦太陽能電池即為其理想的選擇。我們與國家實驗研究院台灣半導體研究中心、交大電機系數位教授合作開發無電池式光伏無線射頻辨識標籤(PVRFID)，主要用途在於辨別使用者所在位置，此技術將未來將可應用於高能量效率之無線位置感知器。

我們最近更應用Shockley-Queisser limit理論於室內光源(如螢光燈管或白光發光二極體)，得到最佳半導體的能帶間隙理論值，此結果明確解釋了為何矽太陽能電池的能帶間隙雖然在室外太陽光照射下有很好的能量轉換效率，但在室內應用情境卻不是好的選擇。相反的我們利用鈣鈦礦太陽能電池容易調整能帶間隙的特性，將常見的鈣鈦礦能帶間隙加大，確實也發現在室內照明下是有較高的效率，驗證了前述預測的結果，可謂是為節能減碳目標指引出了明確的研究方向(更多資訊)。

Asymmetrical Perovskite Single Crystals

鈣鈦礦單晶擁有很長的擴散長度及低的缺陷密度，因此以單晶製作的元件將有機會比一般的薄膜效率更高，然而，元件製作一般需要薄膜狀的單晶，然而非對稱狀的薄片單晶(asymetric perovskite single crystals)非常難製備，不容易如其他無機材料以薄膜沉積方式製備。 因此我們已發展一種晶種空間限制逆溫長晶法(space-limited inverse-temperature crystallization, SSLITC)而能有效低成長CH₃NH₃PbI₃單晶薄片。此外，利用另一種 空間限制方式，我們已能達成能量轉換效率16%的成果。

Flexible Waveguiding Photovoltaics

我們也發展了可撓性之太陽能光集中器，能不需追日系統就可以很經濟的方式收集太陽能，此元件或模組稱為可撓性波導太陽能模組 (Flexible Waveguiding Photovoltaics, FWPVs)。我們整合了矽太陽能電池、可撓之聚二甲基矽氧烷(PDMS)波導與TiO₂摻雜的背反射面，可達成非常高的光學轉換率(optical efficiency)。此外，再加入有機染料於波導後，相分離而聚集的染料產生強烈的散射，因而達成 軟性發光太陽能收集器(flexible luminescent solar concentrators)的光轉換效率世界紀錄。此外本技術也引伸了新創公司Flexwave。

陳博士博士論文研究主題為有機發光二極體(Organic light-emitting diodes, OLEDs)，特別是著重於三重態磷光有機發光二極體，我們目前仍持續研究提升有機發光二極體的各種方法，例如利用微透鏡陣列與 低折射率材料提升有機發光二極體的光萃取效率(light out-coupling efficiency)。我們目前也全力發展高效能鈣鈦礦發光二極體以及鈣鈦礦發光量子點。

有機薄膜電晶體(Organic thin-film transistions, OTFTs)有許多的應用領域，例如驅動平面顯示器、可撓性電路及感測器等。我們已發展許多方式可以增進有機薄膜電晶體的效能及多樣性的功能。 例如我們已研究有機半導體的形貌對元件的影響，也發展高介電常數介電層，我們也製作了透明有機薄膜電晶體、具彩色濾光片特性之電晶體元件以及各式 可撓性有機薄膜電晶體等。而利用新型的製備方法。元件的遷移率已可高達10 cm²V^-1sec^-1.

我們已運用機器學習演算法，例如隨機森林(random forest, RF)與支持向量機(support vector machine, SVM)等，以高分子予體的化學結構指紋為參數，預測高分子太陽能電池的能量轉換效率，換句話說，並不需要初步的高分子材料特性，即可進行預測。我們相信此結果能對虛擬有機半導體材料篩選的速度有所幫助，將可運用人工智慧幫助光電材料的設計與合成的發展。未來除了加入深度學習外，也將應用於元件的設計等等的新穎應用。

我們已經製作有機光電倍增光感測器，意即一個光子可以產生數個電子，將有很高的光響應。此元件也有低操作電壓、寬廣的光譜響應範圍。而光譜光譜響應範圍可進一步延伸至 近紅外光(NIR)的範圍(1200 nm)，此光感測器能運用於觸控、人造眼球及夜視等領域。另外，為因應COVID-19的威脅，近來我們也擬利用鈣鈦礦的特殊性質發展X光感測元件以利達成製作可攜式生物醫療檢測的應用。

我們也持續對許多其他研究領域感興趣，例如有機記憶體、微透鏡陣列的製作等。我們也與本系盧老師與高老師發展鈣鈦礦隨機雷射。我們也驗證了利用奈米結構激發 表面電漿共振可增進雷射的效能。另一方面，我們先前也發現有機光伏元件在近紅外光的波段有強烈的光伏響應，由於近紅外光區段的光子容易穿透生物組織，在此元件為理想的生物組織內無線能量來源，能提供生物奈米機器人(biological nanorobots) 能量，我們也初步證明了此構想，我們與蕭老師合作，發展 生物電子平台(bioelectronic platform)。我們結合了生物可相容(biocompatible)有機光伏元件、有機電子生物界面(organic bioelectronic interface, OBEI)，此平台可提供類神經細胞PC12在光照下以電激發(electrical stimulation)促使細胞分化(differentiation)與神經突觸增生(neurite outgrowth)的效率。我們歡迎任何可能的研究合作。