《太阳能电池》教学大纲.docx

太阳能电池教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：03154211课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（理论32学时）先修课程：高等数学、电化学原理A、新能源材料A、薄膜材料与器件等后续课程：动力电池技术适用专业：新能源材料与器件专业开课单位：材料科学与工程学院一、课程说明太阳能电池是新能源材料与器件专业本科学生的专业平台选修课。作为科学前沿能源危机使光伏材料与器件进一步成为研究和生产的热点，故该领域专业人才的培养是当务之急。通过本课程的学习使学生获得光伏电池的基础知识，具体包括太阳辐射的特性、半导体材料与P-N结基础、太阳能电池原理、晶硅电池、非晶硅电池、化合物薄膜电池等太阳能电池的工作原理、基本性能、基本结构和技术特点。了解太阳能电池发展史、新概念太阳能电池，了解我国及世界的光伏技术发展现状和趋势以及太阳能电池领域研究和产业化的新进展，达到拓宽学生的专业知识面，提高学生应用专业知识解决实际问题能力的目的，为从事光伏科学研究及工程技术的开发奠定基础，进而，为培养“厚基础、宽口径、高素质、强能力”的应用型专业技术人才奠定基础。为学生今后从事新能源科学与工程设计特别是光伏相关行业的工程应用与管理工作打下重要的基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：通过学习太阳能电池工作原理、基本性能、基本结构和技术特点等知识能够使学生充分结合数学知识、物理知识、工程知识和新能源专业知识，综合运用于新能源复杂系统或装置的分析与设计；在课程教学中，通过课外资料和课堂讨论，对多种太阳能电池的研究及应用有较系统的认识。同时，在学习过程中使学生坚定正确的政治方向，树立科学的世界观、人生观和价值观。课程目标2：在专业领域里，要求学生对太阳能及其利用、太阳能电池发展史、新概念太阳能电池以及太阳能电池领域研究和产业化的新进展有一定了解。并在上述过程中获得分析解决太阳电池的制备、表征、应用等实际科学、工程、技术问题的能力；并在此过程中使学生获得一定的创新意识、工作适应能力和分析测试的综合运用能力，从而，具有较强的自学能力，以获取新知识适应学科、行业发展的能力并具有良好的心理素质、较高的人文科学素养和劳动精神，树立正确的审美观和劳动观，进而具备良好的社会公德和职业道德、较强的社会责任感和团队合作精神。三、课程目标与毕业要求太阳能电池课程教学目标对新能源材料与器件专业毕业要求的支撑见表Io表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度L工程知识：1.3能够将专业知识和数学模型方法用于推演、分析新能源材料与器件领域问题并对解决方案进行比较与综合。课程目标1：通过学习太阳能电池工作原理、基本性能、基本结构和技术特点等知识。综合运用新能源复杂系统或装置的分析与设计对多种太阳能电池的研究及应用有较系统的认识。H2.问题分析：2.2能通过文献研究分析，发现新能源产生、转化和存储过程中的过程中的复杂工程问题，获得有效结论并能提出有效的解决。课程目标2：使学生具有运用太阳能电池的基础知识、基本技能分析、解决实际科学、工程、技术问题的能力及创新意识，具备自主学习及利用太阳能电池的发展史、新概念太阳能电池以及太阳能电池领域研究和产业化的新进展知识的能力，获取适应学科、行业发展的能力并具有良好的心理素质、较高的人文科学素养和劳动精神。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验（实践）（±机）学时对应的课程目标1 .太阳能电池概论1.1 能源现状1.2可再生资源1. 3太阳光的使用1.4太阳能电池的教学要求：使学生了解可再生能源的意义以及发展太阳能电池的必要性，了解太阳光谱、太阳能辐射以及各种太阳能电池种类、技术概论，掌握太阳能电池的研究及发展现状。201、2种类和发展1.5太阳能电池的相关知识重点：太阳光的基础知识、各种太阳能电池种类、技术概论。难点：太阳能电池的种类及其优缺点、发展现状及研发重点2.太阳能电池的半导体物理基础2.1 半导体材料分类2.2 晶体结构与能带结构2.3 电子传输性质2.4 4本征半导体及非本征半导体2.5 5半导体中的电行为2.6半导体的结2.7半导体中的复合过程及光电性质教学要求：了解半导体材料、晶体结构与能带结构、电子传输性质，本征半导体与非本征半导体、半导体结，理解半导体与光的相互作用，载流子复合过程，半导体器件物理学的基本方程，半导体p-n结构与特性，半导体异质结，肖特基结。重点：p-n结的物理特性。难点：p-n结的工作特性6O1、23.太阳能电池的基本原理、损失与测定3.1太阳能电池的基本原理3.2太阳能电池的效率损失3.3太阳能电池的电性参数3.4太阳能电池的等效电路3.5太阳能电池的测试环境教学要求:掌握太阳能电池基本工作原理、效率损失、电性能参数、等效电路、电池效率的测定环境，串联电阻与并联电阻的来源。重点：太阳电池的基本输出性能指标及测量原理难点：标定和复现的原理与方法、量子效率的物理内涵与测量。8O1、24.结晶硅太阳能电池器件与制造工艺4.1多晶硅原料的制造技术4.2单晶硅片制造技术4.3多晶硅片制造技术4.4结晶硅太阳能电池的种类和结构4.5结晶硅太阳能电池制造技术及前瞻教学要求：掌握多晶硅原料制造技术、单晶硅片制造技术、多晶硅片制造技术、晶硅太能电池的种类与结构、电池制备工艺以及电池的设计，掌握太阳能电池组件封装、电路设计，相同特性的电池、非相同特性的电池组件的特性。重点：多晶、单晶硅电池的结构和技术特征。难点：晶硅电池结构和技术特征的溯源。6O1、25.非晶硅薄膜太阳能电池5.1 非晶硅薄膜太阳能的发展背景5.2 非晶硅材料的结构与特性5.3 非晶硅材料光致衰弱与改善方法5.4 非晶硅薄膜太阳能电池的结构与制备5.5非晶硅薄膜太阳能电池的封装教学要求：了解非晶硅薄膜太阳能电池的发展背景,掌握非晶硅材料的结构与特性，非晶硅材料的光致衰退现象，非晶硅薄膜硅太阳能电池的结构、制备与特性，非晶硅薄膜太阳能电池的封装技术。重点：非晶硅电池的结构和技术特征。难点：非硅电池结构和技术特征的溯源。401、27.染料敏化太阳能电池教学要求：了解染料敏化太阳能电池的发展历史，掌握染料敏化太阳能电池的基本组成、工作原理与制备，染料敏化太阳能电池的研究重点与探讨，以及国际研发现状。重点：料敏化太阳能电池的结构和技术特征。难点：染料敏化太阳能电池的研究重点与研发现状探讨308.化合物太阳能电池教学要求：掌握化合物半导体，钙钛矿太阳能电池、硅化镉太阳能电池，铜锢硒太阳能电池，11I-V族太阳能电池聚光太阳能电池的基本原理、机构与制备工艺，以及未来发展趋势。重点：各类太阳电池的结构、技术特征和优缺点。难点：各类太阳电池的结构特征。30合计320五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享、实验视频演示等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。使学生比较全面地理解太阳能电池的太阳能电池工作原理、基本性能、基本结构和技术特点等知识,培养学生具有利用运用太阳能电池的基础知识、基本技能分析、解决实际科学、工程、技术问题的初步能力及创新意识，为以后的研究、创新性学习和实际工作奠定基础。六、课程资源1 .推荐教材：翁敏航主编太阳能电池材料、制造、检测技术M.科学出版社，出版时间2013.042 .参考书:(1) TomMarkvart,LUiSCaStaner主编.梁骏吾等译.太阳电池:材料、制备工艺及检测M.机械工业出版社.2009.(2) MartinAGreen主编.狄大卫等译.太阳能电池-工作原理、技术和系统应用M.上海交通大学出版社.2010.(3) PeterWUrfeI主编.陈红雨等译.太阳能电池-从原理到新概念.M化学化工出版社.2009.(4)杨德仁主编.太阳电池材料M.化学化工出版社,2007.3 .期刊:(1)李怀辉等.硅半导体太阳能电池进展J.材料导报,2011,(19).(2)王育伟等.薄膜太阳电池的最新进展J.半导体光电,2008,(02).(3)牛秀秀等.太阳能电池的明天J.物理,2018,(03).(4) ArashShafaeietal.ProcessdevelopmentandsensitivityanalysisofnovelintegratedheliumrecoveryfromnaturalgasprocessesJ.Energy,2018,(154).(5) YooJeongLeeetal.Flexiblep-typePEDOT:PSS/a-Si:Hhybridthinfilmsolarcellswithboron-dopedinterlayerJ.SolarEnergy,2018,(163).4 .网络资源：(1)侯海虹.薄膜太阳能电池.2018https:/www.icourse163.orgcourseCSLG-1001753006(2) 董彬.纳米新能源材料与技术.2018https:/www.icourse163.orgcourseSUDA-1001753228七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123课(1)根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考过堂16核，满分100分。程表(2)以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比664性现例计入课程总评成绩。考阶(1)根据每次测试的情况单独评分，满分100分；核段12(2)取各次测试的平均值作为此环节的最终成绩。12测(3)以该成绩在总评成绩中所占比例计入总分。试作业12(1)主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；(2)每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。(3)以作业成绩在总评成绩中所占比例计入总分。552大作业60(1)大作业成绩100分，以大作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。(2)主要考核太阳能电池的基本原理、基本结构及特点、制备的常用方法、初步分析与解析方法等内容。(3)大作业内容涉及：综述、报告、名词解释、简答、绘图、分析、计算题、论述等与太阳能电池相关的内容。302010合计：100分414316八、考核与成绩评定L考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、阶段测试、作业、期末考试/大作业等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷/大作业成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷/大作业成绩为