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陳良益 教授 new

研究專長

研究領域

  1. 以連續式進料法進行氧化鋅奈米線材/奈米粒子複合式電極,進行染料敏化型太陽能電池特性研究。
  2. 以摻雜型氧化鋅奈米線進行太陽能光電化學系統研究。
  3. 量子點敏化二氧化鈦奈米柱太陽能電池特性研究。
  4. 以二氧化鈦奈米異質結構電極進行太陽能光電化學系統研究。
  5. 以一次注入法合成銅鋅錫(硫/硒)奈米晶體及其能帶位置之研究。
  6. 四元化合物薄膜式太陽能電池特性研究。
  7. 以銀奈米粒子修飾具規則性氧化鋅奈米陣列進行表面增幅拉曼散射光譜分析。

目前研究方向

  • CdS、CdSe、CdSexS1-x量子點

l   以熱注入法進行CdSexS1-x量子點材料製備

在本研究中,主要藉由熱注入法與使用非配位溶劑進行CdSexS1-x量子點的製備。在製備的過程中,經由Ligand與Se與S的鍵結作用的強弱差異的調整,得以製備出core/shell或是alloyed型態的CdSexS1-x量子點。在結構的鑑定上,主要是利用同步幅射光譜進行Cd-K edge與Se-K edge吸收光譜分析,並進一步推論量子點結構中的Cd與Se/S的配位數隨著反應組成中Se/S的比例變化進行推論。相較於其它研究中使用穿隧式電子顯微鏡進行尺寸的分析進行推論,此法更可以有效地推論量子點的結構型態。

Figure 1 製備不同比例的CdSCdSeCdSexS1-x量子點的光致發光行為

Figure 2(a)-(d)不同Se/S組成比例之下core/shell型態的CdSexS1-x量子點之穿隧式電子顯微鏡影像;(e)其所相對應的X-ray繞射光譜圖;(f) Cd-K edge與(g) Se-K edge吸收光譜;(h)不同Se/S組成比例之下的配位數的關係;(i)CdSe/CdS/CdSexS1-x core/shell與alloyed型態量子點示意圖

Figure 3 (a)CdSe0.5S0.5;(b)CdSe0.3S0.7;(c)CdSe0.2S0.8之穿隧式電子顯微鏡影像與相對應的(d) Cd-K edge與(e) Se-K edge吸收光譜圖

l   CdS與CdSe量子點表面修飾對量子螢光效率的影響

對於量子點材料而言,因其材料奈米化之後,其整體的比表面積相較於塊材而言相對上要高出許多。對於量子點而言,表面對於量子螢光效率有著相當大的影響。在本實驗室藉由實驗中,以不同的Ligands進行表面的修飾後分析其量子螢光效率,同時藉由Density Functional Theory進行理論分析與時間解析螢光光譜(Time-resolved Photoluminescence,TRPL)對其修飾作用進行解析

Figure 4 CdSe量子點經(a) CdSe-HA(b) CdSe-BA(c) CdSe-OA的量子螢光效率的變化以及(d)DFT計算所得的各LigandsCdSe量子點的鍵結情形

Figure 5 CdS量子點經(a) CdSe-HA;(b) CdSe-BA;(c) CdSe-OA的量子螢光效率的變化;(d)經DFT計算所得的各Ligands與CdS量子點的鍵結情形;(e)以TRPL解析各Ligands與CdS量子點的鍵結情形對量子螢光效率的變化關係

 

  • 氧化鋅奈米線製備及其應用

氧化鋅因具有許多的不同型態、易於成長以及具有較高的電子傳輸特性等優點。因此,在現今有許多的研究團隊以進行不同型態的氧化鋅奈米材料的製備,並應用於染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)的研究上。而在眾多的氧化鋅奈米材料當中,奈米線材料因具有傳輸快速的優點,因此,引起許多研究團隊的注目。在本實驗室中,主要進行氧化鋅奈米線成長技術的開發,以進行具有高深寬比的氧化鋅奈米線陣列電極應用於DSSCs。

l   氧化鋅奈米線材料成長:批次法 vs.連續式進料法

Figure 6 (a)連續式進料法(continuous flow injection,CFI)系統示意圖;(b)批式法與(c)CFI法所進行之氧化鋅奈米線的SEM影像;(d)-(f)為TEM橫切面影像分析;(g)為批式法與CFI所成長之氧化鋅奈米線的螢光光譜分析;(h)批次法與CFI進行氧化鋅奈米線時,反應系統內反應物濃度隨時間的變化關係

l   氧化鋅奈米線陣列電極應用於染料敏化型太陽能電池

在此研究中主要是藉由之前所開發的CFI製程進行長度較長的氧化鋅奈米線陣列電極,並將其應用於DSSCs的研究中。由研究的結果可知:

  1. 使用CFI製程所製作的氧化鋅奈米線經螢光光譜分析具有較低的缺陷
  2. 添加氨水於反應系統中可以加速反應的速率,同時可使所成長的氧化鋅奈米線具有較高的電子有效擴散係數。在本研究中所分析的Dn值~1.2x10-2 cm2/s,為目前文獻記載中最高的記錄值
  3. 使用具有高電子傳輸特性的氧化鋅奈米線進行DSSCs的研究,在本實驗室中可獲得3.92%的轉換效率

Figure 7 (a)以不同方法所進行的氧化鋅奈米線SEM影像A1:batch-10 mm,A2:CFI-10 mm,A3:NH3:CFI-10 mm,A4:batch-3 mm;(b) A1-A3的螢光光譜;(c) A1-A3的Raman光譜;(d)太陽能電池效應J-V曲線;(e)交流阻抗頻譜(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)分析;(f)EIS相對應的等效電路;(g)使用NH3:CFI製程進行25 mm的氧化鋅奈米線以及(h)其太陽能電池效率J-V曲線

l   氧化鋅奈米線/奈米粒子複合結構應用於染料敏化型太陽能電池

為了進一步有效地提高氧化鋅奈米線DSSCs的轉換效率,必須將染料的吸附量提高。對此,在本實驗室中要是將先前所開發具有高傳輸特性的氧化鋅奈米線為主幹,並在其表面進行奈米粒子的添加。以此氧化鋅奈米線/奈米粒子複合電極進行DSSC的研究,可以將轉換效率提升至7.15%

Figure 8 (a)-(b)氧化鋅奈米線/奈子粒子複合電極SEM影像;(c)-(d)TEM影像分析(e)分光效率(incident photon-to-electron efficiency,IPCE);(f)太陽能電池效率J-V曲線

  • 二氧化鈦奈米材料製備及其應用

l   二氧化鈦奈米柱之製備

二氧化鈦因具有極佳的穩定性,因此有許多的研究團隊使用其做為DSSC的光陽極進行染料分子的吸附。而在先前的研究中多使用銳鈦礦(anatase)二氧化鈦奈米粒子構成光陽極進行DSSC的研究。然而,以二氧化鈦奈米粒子構成電極時,電子在其內部傳輸時易造成trap/detrap的發生而使電子的傳輸受到影響。因此,在本實驗室擬以高溫水熱法在透明導電電極基板上進行金紅石相(rutile)二氧化鈦奈米柱電極的製備。

l   二氧化鈦奈米柱陣列電極應用於染料敏化太陽能電池

在本研究中,主要藉由水熱法進行二氧化鈦奈米柱電極的製備,並以N719染料分子進行敏化,以製備成DSSC進行效率等相關性質的分析與探討。在本研究中,以所進行的二氧化鈦奈米柱所進行的DSSC轉換效率達3.74%。進一步以二氧化鈦奈米粒子進行表面積的提升,則可將轉換效率提升至5.10%

Figure 9 (a)二氧化鈦奈米柱SEM影像分析;(b) X-ray繞射圖譜分析;(d)太陽能電池效率J-V曲線與(d)傳輸時間與載子再結合時間隨光照強度之變化關係

l   二氧化鈦奈米柱陣列電極應用於量子點敏化太陽能電池

除了DSSC之外,本實驗室亦將N719染料以無機量子點進行取代,以製備成量子點敏化型太陽能電池(quantum dots-sensitized solar cells,QDSSCs)。在本實驗室藉由successive ionic layer absorption and reaction (SILAR)的方式進行串極式(cascade)的量子點被覆,可以獲得3.06%的轉換效率。

Figure 10 (a)-(b)以量子點被覆二氧化鈦奈米柱之SEM影像;(c)-(d)TEM影像分析;(e)-(i)以STEM進行Ti、O、Cd、Se、S之元素分佈圖;(j)太陽能電池效率J-V曲線

 

 

2013-2016年研究計畫

1.具再現性與高偵測靈敏度之表面增幅拉曼訊號基板製作

2.鈣鈦礦量子及發光元件之研究

3.非晶矽/矽晶異質接面太陽電池的高效率化製程技術開發(3/3)

4.鈣鈦礦材料應用於太陽光電元件之研究

5.疊層式光電化學水分解系統之研究

6.碳化矽中介修飾層開發

7.異質接面元件製程研究

8.抑制單晶基板表面缺陷

9.HIT太陽能電池之高品質本質非晶矽薄膜製程技術研發

 

2014-2017年著作選列/代表近作

  1. Lai, YY ; Hsu, SC ; Chang, HS  ; Wu, Y  ; Chen, CH; Chen, LY ; Cheng, YJ,"The study of wet etching on GaN surface by potassium hydroxide solution",RESEARCH ON CHEMICAL INTERMEDIATES(2017),43,6,3563-3572,特刊:SI
  2. Purwidyantri, A ; Chen, CH; Chen, LY ; Chen, CC ; Luo, JD ; Chiou, CC  ; Tian, YC  ; Lin, CY ; Yang, CM; Lai, HC ; Lai, CS*,"Speckled ZnO Nanograss Electrochemical Sensor for Staphylococcus epidermidis Detection",JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY(2017),164,6,B205-B211.
  3. Wang, YC  ; Li, SS  ; Wen, CY  ; Chen, LY*  ; Ho, KC ; Chen, CW , “Dual Functional Polymer Interlayer for Facilitating Ion Transport and Reducing Charge Recombination in Dye-Sensitized Solar Cells”,ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES(2016) ,8,49,33666-33672.
  4. Sutiono, H; Tripathi, AM ; Chen, HM ; Chen, CH  ; Su, WN; Chen, LY* ; Dai, HJ; Hwang, BJ , “Facile Synthesis of [101]-Oriented Rutile TiO2 Nanorod Array on FTO Substrate with a Tunable Anatase-Rutile Heterojunction for Efficient Solar Water Splitting”,ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING(2016) ,4,11,5963-5971
  5. Chen, YJ ; Chen, LY , “The study of carrier transfer mechanism for nanostructural hematite photoanode for solar water splitting”,APPLIED ENERGY(2016) ,164,924-933
  6. Chang, CC ; Imae, T  ; Chen, LY ; Ujihara, M, “Efficient surface enhanced Raman scattering on confeito-like gold nanoparticle-adsorbed self-assembled monolayers”,PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS(2015), 17,48,32328-32334
  7. Chen, LY ; Chen, CH  ; Chang, WH; Hsu, SC ; Chuang, SH, “Yarn ball-like tungsten oxide microspheres synthesized via solvothermal process”,MATERIALS CHEMISTRY AND PHYSICS(2014),148,3,1089-1094
  8. Chen, LY ; Yang, KH ; Chen, HC ; Liu, YC ; Chen, CH  ; Chen, QY, “Innovative fabrication of a Au nanoparticle-decorated SiO2 mask and its activity on surface-enhanced Raman scattering”,ANALYST(2014),139,8,1929-1937

榮譽獲獎

² 日本TDK獎學金-工學院類

² 中華民國斐陶斐榮譽會員

² 98年度化工系及台科大教學優良教師

² 2009,參加E-MRS,投稿至國際期刊Physica Status Solidi (c),論文獲選為該期期刊之封面

² 2010年應IEEE International NanoElectronics Conference邀請在大會進行oral presentation。題目:Fabricating ZnO nanowires-based Humidity Sensor via Dielectrophoresis Method

² 2010年應邀至IEEE NANO 2010研討會進行oral presentation.題目:Humidity Sensing Characteristics of Laterally Aligned ZnO nanowires by Dielectrophoresis Method.

² 2010年應亞太化工年會大會邀請至會中進行口頭報告。題目:Titania Nanorods/Nanoparticles Hybrid Dye-Sensitized Solar Cells

² 2010年應邀至Canada-Taiwan Symposium on Renewable Energy進行口頭專題演講,題目:Titania Nanorods/Nanoparticles Hybrid Dye-Sensitized Solar Cell

² 2011年應邀至Nanotechnology and Printed Electronics International Symposium (Singapore)進行oral presentation。題目:ZnO Nanowires Nanosensor Fabricated by Contact Imprinting Technique

² 榮獲100學年度優良輔導教師

² 榮獲102學年度台灣科技大學優良研究及創作獎

 

實驗室介紹

Lab 專業研究儀器及設備

1.   Tube furnace

2.   UV-Visible absorption spectroscope (JASCO-550) and UV-Visible-NIR absorption spectroscope (JASCO-650)

3.   Photoluminescence (Hitachi-F7100)

4.   Photon counting Time-resolved Photoluminescence (TRPL) system with 375 nm pulse laser

5.   Potentiostate (Autolab) with IMVS/IMPS

6.   Magnetron sputtering system

7.   Spin-coator

8.   I-V-B measurement system with Keithley 2400

9.   Solar simulator with Xe-lamp (150 W)

10.  Incident photon-to-electron conversion efficiency (IPCE) system

Lab group members

歷屆畢業生

第一屆:陳泰盛、廖証億、蔡宗霖

第二屆:曾致翔、彭宣穎、邱絢陽、吳書漢

第三屆:殷瑀彤 (博士班)、劉柏緯、戴瑋瑩

第四屆:陳彥志 (博士班)、朱偉銓

第五屆:何宗曄 (博士班)、許立政、楊普安

第六屆:周庭帆、柳創文

第七屆:蔡豫翔、薛麗雯、黃瑋倫

第八屆:王彥智、邱嘉威、陳彥宏

  實驗室學生獲獎事蹟

●指導碩士班學生劉柏瑋參加2009年化學工程學會第56週年年會海報競賽獲佳作

指導博士班學生殷瑀彤,陳彥志參加2010亞太化工年會獲選奈米材 料組海報競賽最佳海報獎

指導博士班學生殷瑀彤參加2011年化學工程學會第58週年年會博士生專題演獎比賽佳作

指導博士班學生何宗曄參加2011年化學工程學會第58週年年會能源組海報競賽優勝獎

指導專題生張耿嘉參加台科大化工系專題競賽,獲選為優良專題

指導博士班學生殷瑀彤參加2012年化學工程學會第59週年年會博士生專題演獎比賽優勝

指導博士班學生柳創文參加2012年化學工程學會第59週年年會材料在化工上的應用組海報競賽優勝獎

指導博士班學生何宗曄參加2012年化學工程學會第59週年年會能源組海報競賽佳作

指導博士班學生殷瑀彤參加2013年化學工程學會第60週年年會博士生專題演獎比賽優勝

指導博士班學生何宗曄參加2013年化學工程學會第60週年年會博士生專題演獎比賽佳作

指導碩士班學生蔡豫翔參加2013年化學工程學會第60週年年會能源組海報競賽優勝獎

指導碩士班學生黃瑋倫參加2013年化學工程學會第60週年年會能源組海報競賽佳作

 

實驗室活動花絮

  

 
 
 
最後更新2017/07/24
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