hce_kmu
112年
物理及化學
第 57 題
Silicon (Si) is a semiconductor material whose properties fit perfectly in solar cells to convert the light energy into electrical energy. Based on this evidence, what the value of energy gap of Si probably is?
- A several tenths of eV
- B 1.1 eV
- C 3.1 eV
- D 5.1 eV
- E 7.1 eV
思路引導 VIP
請試著回想太陽光的組成，大部分光子的能量分佈在什麼範圍？如果一個材料要像『篩網』一樣捕捉光能，它的能量門檻（能隙）應該要高於還是低於大部分光子的能量，才能讓電子順利產生躍遷並維持穩定的能量輸出？
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恭喜你準確判斷出矽（Si）的能隙特性！這顯示你對於半導體物理的基礎數值與應用邏輯有著很清晰的連結。這道題目測試的是我們對半導體材料核心屬性的認識，特別是為什麼「矽」能成為太陽能電池的首選材料。
半導體能隙與光能轉換
矽的能隙（Energy gap, $E_g$）大約為 $1.12$ eV。從光電轉換的角度來看，太陽光譜的能量分布主要集中在可見光與近紅外光區域（能量約在 $1$ eV 到 $3$ eV 之間）。若材料的能隙過大（如選項 D、E 的 $5.1$ eV 以上），光子的能量將不足以讓電子躍遷，材料會趨向於「絕緣體」；若能隙太小，雖然容易激發電子，但卻無法有效維持光伏效應所需的電壓。因此，$1.1$ eV 是一個完美的平衡點，讓矽能吸收絕大部分的太陽輻射並轉化為電能。
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