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核心技術介紹

目前國內量子點研究資源主要集中於少數學界實驗室,以本研究團隊為例,在量子點研究已深耕十多年,合成技術具備國際水準,已建置以下多種量子點合成與應用技術。

  • 低鎘量子點量產技術

本聯盟目前可製備Zn系、Cd系、In系及PbS量子點,已在清華大學萌芽功能中心支持下,進行可見光低鎘量子點之量產放大研究,相關量子點已申請專利。下圖為量產綠光及紅光量子點成果,製程再現性高,並預期將產量提升至30 g/batch。

  • 紅外光無鎘量子點合成

本實驗室亦同時進行紅外光量子點之研究,PbS量子點吸收光譜可達紅外光,同時具有紅外光放光性質,極適合應用於太陽能電池。本團隊透過調控反應溫度、前驅物莫耳比例、溶劑比例等等參數。PbS吸收波段可調控於800-1500 nm,放光波段介於1000-1600 nm,並以陽離子交換法製備出PbS/CdS核殼量子點,進一步控制吸收及發光波長。

  • 綠色製程無鎘量子點合成

本聯盟目前已具備低毒性之磷前驅物製備InP量子點技術,獲得之InP量子點發光波段可調整由490-655 nm,半高寬介於50-70 nm之間。此外,亦具備以ZnO製備ZnSe、ZnS及ZnTe量子點之技術,此部分已申請專利(US7507599),相關論文亦被引用次數270餘次。

  • 量子點增色薄膜技術

利用本實驗室已成熟之專利量子點(量產放大中),製備成高分子/量子點薄膜,應用於LCD顯示器,使其色彩表現超越OLED,為目前顯示器產業最受關注之技術。目前本實驗室最大試產薄膜為A4尺寸大小,並可視應用需求調整濃度與量子點發光波長。薄膜之光轉換效率接近商品化規格之標準,穩定度則大幅領先,如下圖所示。已有國內廠商擬投資進行量產、商品化,目前本實驗室已在廠商協助下,進行量產材料轉換及產線評估。

  • 量子點發光元件技術

本實驗室已建立完整量子點電致發光元件之製程,但受限於封裝設備之缺乏,目前僅能於大氣下封裝。元件採用實驗室自行合成之紅、綠光量子點與電子傳輸層ZnO奈米粒子,在尚未最佳化各層厚度與能階等等參數下,初步得到低啟動電壓,最大亮度可達約10,000 cd/m2、40,000 cd/m2之紅、綠光QLED元件。未來將進一步優化元件各層參數,並配合引入手套箱封裝與量測系統,即可得到更高穩定性與生命週期的產品。

  • 噴墨列印式量子點元件技術

目前本實驗室在科技部計畫「列印式材料與元件之製備、成長制與物理性質研究」經費補助下,利用電磁噴頭及控制組件,設計、組裝可一噴墨印表機(如下圖所示),並已開發適用之量子點墨水,利用表面基板處理、調配墨水組成以減少coffee-ring效應及噴墨路徑優化,控制其溶液蒸發行為,目前已可噴印直徑約100 μm之量子點點陣列(dot-arrays),或0.5 × 0.5 cm2面積之量子點薄膜,共3 × 3之量子點薄膜陣列,薄膜粗糙度約1.08-2.28 nm,此列印設備可使用於量子點電激發光及太陽元件之製備。