2014年3月13至16日世貿一館國際綠色產品展(長庚大學 A0207a & A0209a)

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大型展請續於2014年6月光電展
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2014年國際綠色產品展

(長庚大學 攤位代號A0207a & A0209a)

本次展覽由教育部指導

長庚大學綠色科技研究中心&技合處主辦

http://memo.cgu.edu.tw/gtrc/ver2/index.html

綠色科技研究中心

照明科技組

一、說明： 
　　近年來，能源節約與環保意識的大力提倡，耗能高或具污染性的光源逐漸被淘汰，而推行新一代的綠色光源。其中半導體結合光電技術所發明的發光二極體(Light　Emitting　Diode, LED)為重要里程碑之一。目前照明能源佔全球能源消耗相當重要的比例，但現今照明能源的使用卻極不具效率。舉例而言，2001年美國商業用途照明使用為3,910kw/h的能源，其中白熾燈消耗了其中32%的能源，卻僅產生8%的照明量，能源效率較高的螢光燈或HID，則消耗剩下的68%能源，來產生其他92%的照明量(DOE, 2002)。

　　如果能發展出能源效率更高的光源，對於解決全球能源短缺將有極大的助益。可以預期，發光二極體照明技術將在未來節省能源的趨勢中扮演極為重要的角色。

二、工作內容： 
　　在光源開發與白光智慧照明方面，主要目的在於研究發展以有機金屬化學氣相磊晶法(MOCVD)成長全波段(50nm~630nm)之發光二極體。光源開發與白光智慧照明內容主要分為四個階段：第一階段以波長450nm～550nm藍光及綠光發光二極體為研究重點；第二階段以波長350nm～410nm紫外光及紫光發光二極體為研究重點；第三階段以波長570nm～630nm黃綠光、黃光及紅光發光二極體為研究重點；第四階段以不同波段發光二極體，透過不同之封裝技術以及電路設計以達到智慧照明技術為目標。
　　為了提升在藍、綠光操作下發光二極體的發光效率，多重量子井的結構設計以及其對載子的侷限能力是重要的關鍵因素。我們將研究不同的多重量子井結構，包含不同的位能井及位障層材料、寬度、摻雜方式對發光效率以及發光二極體波長控制等等之影響。此外，我們也將研究增加多重量子位障層(MQB)的結構設計以進一步提升發光二極體的發光效率。
　　此外，我們將進一步研究以氮化鋁銦鎵四元氮化物材料製作多重量子井結構，包含氮化鋁銦鎵/氮化鋁鎵及氮化銦鎵/氮化鋁銦結構等。由於這些結構的差異，除了因材料能隙的差異造成的量子侷限效應不同之外，多重量子井中的結構應力也會因材料的不同而改變，因此我們也將進一步分析不同材料結構設計對紫光、紫外光發光二極體的效率提升。此外，由於目前四元氮化物材料的磊晶成長過程，在組成成分以及成長均勻性的控制上均不如氮化鎵及氮化銦鎵等材料成熟，因此我們也將研究分析不同的磊晶成長條件對四元氮化物材料磊晶品質的影響。
　　未來將以研發智慧照明元件，結合目前世界省能源潮流為主要發展目標，且目前中心可運用之資源完整，對於發光二極體元件可進行整合化之研究，與目前國內於本領域有所涉獵之各大專院校相比應可處於領先地位。

三、參與人員：

1. LED結構及磊晶：林瑞明、郭守義、陳乃權
2. LED製程及設計：張連璧、蔡家龍、邱顯欽、吳國梅、華沐怡
3. LED封裝及散熱：張連璧、張宗文、鄭明哲、蔡明義
4. LED元件特性分析：蔡家龍、倪澤恩

四、預期發展目標：

1. 在第一階段研究計畫中，我們目標是希望達到藍光發光二極體的平均發光功率在20mA輸入電流下達到15mW，同時操作電壓低於3.5V。
2. 在第二階段的計畫裡，主要以紫光及紫外光發光二極體在20mA操作下功率達到3mW且工作電壓低於4V做為開發目標，並且針對不同Al含量所造成的應力問題做一系列之研究。
3. 在第三階段的計畫裡，我們將進一步研究氮化銦薄膜磊晶品質之提升，為黃光以及紅光發光二極體發展做一系列之基礎研究，以期能在生醫、美容、照明上推廣其應用。
4. 在第四階段的計畫裡，我們將研究透過由藍光、紫外光來激發不同組合螢光粉之方式，透過應用電路之設計，以達到智慧照明以及發光二極體背光模組廣泛應用之目的。此外，亦研究發展面狀之白光發光螢光片，此技術之白光照明方式，亦可應用於各種照明應用，並且能有均勻性較佳之照明效果。

太陽能電池組

替代能源分成四個研究領域來進行：三五族系及覆晶太陽能電池研製、二六族系及染敏太陽能電池研製、太陽能發電系統及軟板太陽能電池研製，分述如下：

(I) 三五族系及覆晶太陽能電池

一、說明： 
太陽電池的種類繁多，若依材料來區分，可分為IV-IV族：單晶矽、多晶矽、非晶矽；III-V族：包括砷化鎵、磷化銦、磷化鎵銦；II-VI族：包括碲化鎘、硒化銦銅等。但不管是矽半導體或是化合物半導體都會遇到轉換效率和成本的問題，因此本計劃主要目的是在利用覆晶技術將二種不同材料的太陽能電池結合在一起，解決增加轉換效率且降低成本的問題。

二、工作內容： 
在光-電轉換的過程中，有一半左右的光譜因能量太低(小於半導體的能隙)，對電池的輸出沒有貢獻，而再另一半被吸收的光子中，除了產生電子-電洞對所需的能量外，約有一半左右的能量以熱的形式釋放掉，所以單一電池的最高效率約在25%左右。
而太陽能電池能量轉換效率與材料的能隙、光的吸收係數，及載子傳輸特性有關。太陽能電池效能的最根本限制之一，是制造該種電池之半導體的能帶差。為了更出色的表現，亦有研究結果是將不同能帶差的材料堆疊於多重接合面的電池中，即所謂串疊型太陽電池(tandem cell)。理論上幾十種不同的材料層，可能被堆疊來逮住處於所有能量的光子，以達優於70%的效能。不過涉及很多實際上之問題，譬如晶體格子差異太大時，張力會損及結晶體之生長等等。 

因此本計劃的研究重點是在於將不同種類的太陽電池以覆晶的方式堆疊起來，因為串疊型太陽電池雖然可以透過調整材料濃度達到改變能隙的需求，但是會提高製造成本，同時也使磊晶品質下降，進而實際上降低吸收轉換效率。所以本計劃將使用目前已發展成熟的不透明矽系列或是砷化鎵系列等的太陽能電池當複晶基底；再將透明的太陽能電池以覆晶的方式結合於其上方，例如氮化鋁鎵、氮化銦鎵等系列，因為此類材料能隙較寬，故可吸收藍光以上之波段，因此將之覆晶在不透光的基底上，可達到全頻譜之III-V太陽能電池，此方式不但能降低製造成本亦可提高轉換效率。 

三、人力配合:

磊晶

1.磊晶層製作：林瑞明、郭守義、陳乃權
2.磊晶層分析：倪澤恩、蔡家龍

元件設計製作:

1.覆晶製作：張連璧、鄭明哲
2.元件量測：賴朝松、邱顯欽
3.聚光機構及散熱設計：蔡明義

四、預期發展目標

1. 單層太陽能電池研製：先達成與目前市面上矽太陽能電池效率相當之能力，效率約在15- 18%
2. 單層化合物太陽能電池研製：先達成與目前市面上III-V太陽能電池效率相當之能力，效率約在20-25%
3. 完成覆晶接合太陽能電池研製：希望能在五年內利用化合物半導體材料提升至32%。

(II) 二六族系及染敏太陽能電池

一、說明:
潔淨能源之應用與開發，為近年來極為重要之研發領域，其中I-III-VI族與染料敏化太陽能電池技術為重要之研究開發領域，其構形如圖一與圖二所示。 I-III-VI族光電池與染料敏化光電池與其應用，乃是針對部分再生能源發電成本過高、製程程序複雜與材料光電效應不足之缺點，進行開發與研究，本技術可配合南亞企業長久在電路板領域之研發成果與經驗、長庚大學工學院在有機光電、無機半導體製程設備與化材系/機械系在光電材料之研發經驗，積極發展I-III-VI族半導體光電池與染料敏化太陽能電池關鍵技術，以發展高吸收能力之光學吸收層、高效率光電轉化性質之材料、大面積薄膜成長與塗佈技術、與物理法、化學法之製程技術，並搭配工學院相關技術之研究群，構成高效率、低成本、大面積之I-III-VI族光電池與染料敏化太陽能電池之關鍵技術為研究方向。

二、工作內容: 
本研究將開發不同吸收光波段之有機染料、高效率之I-III-VI族光學吸收層與大面積物理、化學薄膜成長與塗佈技術等相關材料與製程關鍵技術，提供可吸收不同光波長之吸收材料、低成本之大面積薄膜型光電池製程技術，並以完成I-III-VI族光電池與染料敏化光電池之製造為最終目標。此外，本研究將探討無機、有機材料之混合、多層光學吸收膜之材料，形成不同光吸收波段之Tandem structure之光電池之可能性，預計相關工作內容如下所示:

三、工學院參與之研發人力
呂幸江教授、盧信沖副教授、侯光華副教授、華沐怡副教授、郭修伯助理教授、鄭光煒助理教授。

四、預期發展目標

1. 應用半導體技術、光電材料合成之關鍵技術，開發I-III-VI族光電池與染料敏化太陽能電池之關鍵技術，規劃下列四大研發目標:有機光吸收染料材料開發、I-III-VI族光吸收層材料開發、物理與化學法薄膜成長與塗佈技術、元件製程與整合技術，以提供在太陽能電池與相關之綠色科技應用。
1. 第一年完成I-III-VI族相關光學薄膜吸收材料與染料敏化相關材料之開發。
2. 第二年進行薄膜成長技術開發與塗佈技術關鍵技術開發。
3. 第三年進行相關之技術整合，並完成I-III-VI族光電池與染料敏化光電池製作。
2. 發展目標希望能達到下述具體成果:每年發展SCI/研討會期刊論文達6篇以上為主要發展目標。

(III) 軟板太陽能電池

一、說明:
軟板太陽能電池及其應用，係配合台塑企業長久在塑膠領域的研發成就與其經驗，以及利用長庚大學電子系完善的半導體製程設備及光電所/電子所的精密化合物光電製程設備，與長期累積的知識技術與成就，積極發展塑膠型的主動材料膠長在有電極的塑膠基版上。並且在其上層再覆蓋有電極及隔離區隔線的防止反射層的塑膠軟板上，外接電源管理及驅動充電電路，直接充電或連接至外部電路上，構成塑膠型太陽電池模組為研究發展方向。
二、工作內容：
本研究需自行開發較佳的聚合塑膠，提供高的光吸收率、高的光產生電子電洞對、低的結合率、較長的活性期及耐久衰退期的合成塑膠光電材料。並以不同之參雜材料，構成兩層或多層主動材料，使不同波長在不同層吸收，產生最高的光吸收率，相關工作內容如下圖。並且結合無線識別感測網路系統及軟性電子元件之電源管理電路，提供前瞻優質的生活環境。

三、工學院人力配合:
馮武雄、吳國梅、劉國辰、華沐怡、盧信沖等教師配合執行。

四、預期發展目標:

1. 建構以台塑製作的高溫透明塑膠片為基材，發展塗佈主動塑膠層與其上下兩層聚集電荷層與導電金屬線，以及防止反射層與封裝等理論和技術者。
2. 建構完成前項的理論基礎、方法與設備，及其製作的標準作業流程。
3. 建立一間擁有綠色能源的軟板太陽能電池供電設施，提供前瞻優質的生活環境展示空間。
4. 建立軟板太陽電池之元件及供電系統之模擬分析，與製作量測技術及設備。
5. 發展軟板型電源管理電子電路與製作技術。
6. 發展提供前瞻優質的生活環境，建立足部、臉部及人體資訊，經由前瞻無線識別感測網路系統，發展相關軟體及硬體設備。

智慧能源管理組

太陽能發電系統

說明：

太陽能發電示範平台，係利用太陽能之能量強度的互補效應；以及利用長庚大學位於林口台地遼闊的再生能源發電腹地與充沛的太陽能與風能蘊藏量，建立一套太陽能、風能混合發電技術的示範及研發平台，目的在於解決太陽能與風能混合發電所衍生的問題；並提供一個系統性的研發及測試環境，除可增進產學合作，加速國內再生能源發電技術之提昇之外，亦可作為學界及業界一個標準的太陽能、風能混合發電系統示範中心。

工作內容：

本研究首先針對太陽能光電板及風力機進行特性量測，並觀測林口台地之年日照強度與風力強度的分佈，以其估算太陽光電板及風力機之年總發電量分佈。其次依據太陽光電板及風力機之年總發電量，開發出一套多功能性的混合發電系統，以達到最佳化的能量儲存及發電系統，同時可提升太陽能光電板及風力機發電之可靠性與穩定性，並且降低系統中備份電池的容量，來提高發電系統之零件使用效能及能量轉換效率。此外，由於混合發電系統中的控制較複雜，無法以單獨現有市面上的控制IC單晶片來實現此發電系統，以致增加控制系統的複雜度、降低控制系統穩定度及可靠性。因此，本研究將結合系統晶片設計專業人才，開發出一顆符合太陽能、風能混合發電系統的控制晶片，以期提高整體發電系統的可靠性及穩定性。

1. 工學院人力配合：高少谷、陳偉倫、曾聖有等教師配合執行。
2. 預期發展目標
1. 利用電能轉換技術及控制理論，再搭配系統晶片的開發，以研製一太陽能、風能混合發電系統示範平台。以下將逐年之工作項目分年做說明。
1. 第一年：
1. 完成太陽能光電板架設及特性參數量測，並且量測年度發電量分佈。
2. 完成系統晶片開發測試平台架設及訂定設計準則。
2. 第二年：
1. 建立太陽能基礎能量轉換平台。
2. 開發基礎能量轉換平台之控制IC。
3. 第三年：
1. 完成太陽能最大功率追蹤(MPPT)技術。
2. 開發最大功率追蹤(MPPT)控制IC。
2. 發展目標希望能達到下列具體成果：關鍵技術之專利申請每年5件以上、SCI/EI期刊發表及國際研討會論文每年10篇以上。