隨著科技的發展

對於能源的需求日益增加

能源議題已成為全人類共同關注的重要議題

太陽能是一種再生能源

取之不盡、用之不竭

科學家不斷挑戰製造出更高效率

將太陽能轉換成電能的太陽能電池

說到太陽能電池

最開始使用的材料是一種最常見的半導體材料

你知道是什麼嗎？

沒錯

就是「矽」

早在19世紀初就被發現的鈣鈦礦

近年來開始應用於太陽能電池中

鈣鈦礦是什麼呢？

最初鈣鈦礦是指鈣與鈦的氧化物「鈦酸鈣」

而後來衍生成泛指擁有相似結構的金屬鹵化物材料

其中A是正1價的有機或無機陽離子

B是正2價的無機金屬陽離子

而X是負1價的鹵素陰離子

甲至戊為五種基態原子的電子組態

請問

1.哪種可以做為鈣鈦礦材料通式中A的組成元素呢？

2.哪種可以做為鈣鈦礦材料通式中B的組成元素呢？

3.哪種可以做為鈣鈦礦材料通式中X的組成元素呢？

4.綜合1至3的答案

所組成的鈣鈦礦材料化學式是什麼呢？

丁可以作為A的組成元素

丁有1個價電子

容易形成正1價的陽離子

根據其電子數

丁應為銫原子

丙可以作為B的組成元素

丙原子有4個價電子

根據其電子數應為鉛原子

鉛雖然是4A族

但在離子化合物中通常是形成正2價的鉛陽離子

甲可以作為X的組成元素

甲有7個價電子

容易形成負1價的陰離子

根據其電子數

甲應為溴原子

所組成的鈣鈦礦材料化學式如畫面所示

鈣鈦礦太陽能電池的優點是製程較簡單

只需要在150度C左右的溫度下

簡單塗布在塑膠基板上再烘乾長晶

不像矽晶太陽能電池需要在高溫真空下

進行繁複的上百道工序

另外

鈣鈦礦太陽能電池所吸收的光波波長

較矽晶太陽能電池短

所以

如果讓太陽光先後穿透鈣鈦礦太陽能電池

與矽晶太陽能電池

就能更有效率的利用太陽光裡

各種不同波段的光

不過

鈣鈦礦太陽能電池的缺點是壽命較短

一般可使用約10年

而矽晶太陽能電池可使用約30年

矽晶與鈣鈦礦材料是由不同的化學鍵所形成

請由兩者的組成元素及其電子組態

判斷何者具有鍵能較強的化學鍵？

前面我們提到了以半導體材料

製作能夠讓光能轉換為電能的太陽能電池

其實半導體材料也能夠反過來

讓電能轉換為光能呢

這就是半導體材料在顯示器的應用

半導體材料中

傳導帶上的電子與價電帶上的電洞結合時

會放出光子

這就是發光二極體LED的原理

LED發光的頻率

也就是所發出的光的顏色

取決於傳導帶以及價電帶的能量差距

科學家稱之為能隙

不同種類的半導體材料

能隙大小也有所不同

剛才曾經提到的鈣鈦礦半導體材料

其能隙值約為2.3 eV

請參考畫面中可見光顏色和波長的對照圖

算算看以鈣鈦礦為發光材料

會發出什麼顏色的光呢？

隨著科技進步

人們追求更優質的顯示器

市面廣告中

顯示器廠商主打使用量子點技術的商品

有更豐富鮮豔的色彩

什麼是量子點技術呢？

量子點是直徑為數奈米的半導體晶體

具有不同於傳統半導體材料的光學與電學性質

當電子電洞對被侷限在量子點內時

提升了電子電洞結合的機率

增加發光強度

當量子點越小

其能隙越大

可發出較短波長的光

最先被發現的量子點材料為硫化鎘

相較於其他元素材料的量子點而言

以鎘為主材料的量子點具有高穩定性

以及高量子產率等優點

近來人們重視綠色能源以及對環境無害的產品開發

科學家開始著力於無毒、無重金屬等

環境友善的量子點研究

例如硫化銅銦、碳等材料

而我國的臺灣大學團隊

則是成功以二硫化鉬製作量子點

剛才影片中提到使用鉬元素製作量子點

鉬的原子序是42

基態電子組態是如題目所示

請推測鉬原子與下列哪個元素

在週期表中屬於同一族呢？

今天的影片介紹了半導體在太陽能電池

以及顯示器的應用

你知道半導體在生活中還有哪些應用嗎？

歡迎在影片下方留言區告訴我們你的想法及學習心得

我們下次見