氫鍵效應於類綠色螢光蛋白質發光團之緩解動力學研究（一）對位氨基取代系統
藉由類綠色螢光蛋白質發光團 (p-ABDI 與 p-CFABDI) 的激發態緩解機制動態學研究，吾人可以了解溶質-溶劑氫鍵如何影響沿t轉動方向異構化的勢能面。由非質子溶劑的螢光量子產率可以得知其 Z→E 異構化的轉換形式為由激發態經由內轉換緩解至垂直中間體再緩解至基態的過程。利用飛秒螢光生命期量測系統與瞬態吸收光譜的量測，可以得知其在質子溶劑中受到溶質-溶劑氫鍵之影響，而使其激發態緩解的速率改變，推測這是由於激發態經由t轉動方向之內轉換緩解時在激發態緩解至一扭曲之中間體，其發生內轉換時扭轉之角度並未達到 90o，因此多數的激發態分子會緩解至 Z 異構物，而使 E 異構物之量子產率降低。
* G. J. Huang, C. W. Cheng, H. Y. Hsu, C. Prabhakar, Y. P. Lee, J. S. Yang, E. W.-G. Diau, “Effects of Hydrogen Bonding on Internal Conversion of GFP-like Chromophores. I. The para-Amino Systems”, J. Phys. Chem. B 117, 2695 (2013).
氫鍵效應於類綠色螢光蛋白質發光團之緩解動力學研究（二）間位氨基取代系統
在受光激發後之 Z→E 異構物量子產率的量測中，吾人可以觀測到 m-ABDI 於質子溶劑與非質子溶劑中明顯地差異性－在非質子溶劑中 E 異構物與 Z 異構物的產率相等，而在質子溶劑中其 E 異構物之產率較低。藉由飛秒瞬態螢光光譜與瞬態吸收光譜的量測結果顯示，於質子溶劑中螢光衰減曲線需由兩個平行反應擬合，表示其可能具有兩個可發出螢光之能態產生；而在瞬態光譜量測中可以觀察到一個反應中間體的產生，但此反應中間體無法於非質子溶劑中觀測到，由此判斷反應中間體應為溶質-溶劑質子轉移中間體，而此質子轉移中間體會與沿 t 蛋白扭轉之反應路徑競爭，而使我們所觀測到之 Z→E 異構物量子產率降低。
* C. W. Cheng, G. J. Huang, H. Y. Hsu, C. Prabhakar, Y. P. Lee, J. S. Yang, E. W.-G. Diau, “Effects of Hydrogen Bonding on Internal Conversion of GFP-like Chromophores. II. The meta-Amino Systems”, J. Phys. Chem. B 117, 2705 (2013).
電子注入與電荷再結合動力學之研究：電解液添加物(TBP)對於紫質染料之光電特性影響
設計與合成兩個不同推拉電子基團之紫質染料 YD12 及 YD12CN，將其應用在染料敏化太陽能電池，並研究電解液添加物 TBP 對紫質染料之影響。在電解液中添加 TBP 會使得二氧化鈦的導帶 (CB) 往負電位位移，導致元件開路電壓升高，但也會使電子注入效率變差，降低短路電流。添加 TBP 使 YD12 光電轉換效率由 6.2 % 上升至 8.5 %，但 YD12CN 卻由 5.8 % 下降至 4.5 %。我們利用瞬態光譜與光電量測技術來研究其電子注入及電荷轉移動力學。YD12的效能可藉由TBP的加入而大幅提升，但當 YD12CN 添加入 TBP 時會增加其電子再結合速率，並減少電子注入至二氧化鈦的導帶，使其整體光電轉換效率降低，與YD12的系統相反。
Y.-C. Chang, H.-P. Wu, N. M. Reddy, H.-W. Lee, H.-P. Lu, C.-Y. Yeh and E. W.-G. Diau, “Electron Injection and Charge Recombination Kinetics on Performance of Porphyrin-Sensitized Solar Cells: Effects of 4-tert-Butylpyridine Additive”, Phys. Chem. Chem. Phys 15, 4651-4655 (2013).
設計與鑑識含噻吩基咪唑配位基之新穎釕金屬錯合物應用於高效能染料敏化太陽能電池
利用簡單的三個步驟合成含氟苯基咪唑與噻吩苯基衍生物作為推電子基團之雜環配位釕錯合物之配位基，接著以一鍋法合成出一系列的新穎 RD 系列染料 RD16 – RD18，並探討噻吩與長碳鏈在配位基上對元件效能的影響。在苯基咪唑輔助配位基的苯環上增加噻吩取代的數目，可延伸染料吩子吸光範圍，增加染料的光捕捉能力而使 IPCE 與 JSC 增加。而長碳鏈雖造成二氧化鈦導帶能階向下位移，卻能抑制電荷再結合反應的發生，進而提昇元件的開路電壓。我們將以 RD12、RD18 及 N719 為染料所製備的元件進行室溫下 2000 小時的穩定性測試， RD12 及 RD18 元件的穩定性均優於 N719，於 300 小時後效率只下降了2%。
* W.-K. Huang, H.-P. Wu, P.-L. Lin and E. W.-G. Diau, “Design and Characterization of Heteroleptic Ruthenium Complexes Containing Benzimidazole Ligands for Dye-sensitized Solar Cells: The Effect of Thiophene and Alkyl Substituents on Photovoltaic Performance”, J. Phys. Chem. C, 117, 2059 (2013)
八面體形貌之銳鈦礦單晶二氧化鈦尺寸調控及應用於高效能染敏化太陽能電池
利用簡單的水熱合成法－由異丙醇鈦 (TTIP) 當作前驅物，三乙醇胺 (TEOA) 當作嵌合劑，在含有二乙胺 (EDA) 的水溶液中進行水解與縮合反應，藉由水熱溫度與時間的調控，可以產生不同尺寸(30 至 400 奈米)的類八面體銳鈦礦二氧化鈦奈米晶體(HD1 – HD5)。利用 30 奈米 (HD1) 之奈米晶體作為元件中的主動層，再以 300 奈米 (HD5) 之奈米晶體作為元件中的散射層，組裝成以 N719 為染料之染料敏化太陽能電池可以達到 10.2 % 之光電轉換效能，勝過以傳統的奈米粒子 (NP) 所製作之電池元件。此 HD 系列之電池元件呈現出較高的開路電壓 (VOC)，這是因為單顆晶體的結構使TiO2的電位更負，電子的傳遞更為迅速所致。
* J.-W. Shiu, C.-M. Lan, Y.-C. Chang, H.-P. Wu, W.-K. Huang and E. W.-G. Diau, “Size-Controlled Anatase Titania Single Crystals with Octahedron-Like Morphology for Dye-Sensitized Solar Cells”, ACS Nano, 6, 10860 (2012).
具複合層奈米結構之混成二氧化鈦光陽極應用於高效率染料敏化太陽能電池
藉由搭配不同尺寸的奈米粒子與奈米棒，可建構多層結構的複合層二氧化鈦光陽極，以進行染料敏化太陽能電池的光陽極效率優化。其主要設計概念是於雙層結構的主動層與散射層中間加入尺寸控制優異的奈米棒，進而使吸光係數低的染料，如 Z907，增加其光陽極的光捕捉能力。一維結構的奈米棒具有較佳的電子傳輸及較高的導帶能階之優勢；而我們設計的複合層結構具備能階的漸降特性，使電子能輕易地由長奈米棒、短奈米棒傳輸到奈米粒子，而利於電子收集。在本研究中我們設計並優化其複合層結構，使染料 Z907 元件效率高達 ~10 %，為染料敏化電池的商業化進程達到一個新的里程碑。
* H.-P. Wu, C.-M. Lan, J.-Y. Hu, W.-K. Huang, J.-W. Shiu, Z.-J. Lan, C.-M. Tsai, C.-H. Su and E. W.-G. Diau, “Hybrid Titania Photoanodes with a Nanostructured Multi-Layer Configuration for Highly Efficient Dye-sensitized Solar Cells”, J. Phys. Chem. Lett., 4, 1570 (2013).