《太陽(yáng)能電池》教學(xué)大綱

1、黃淮學(xué)院太陽(yáng)能電池課程教學(xué)大綱一、課程編碼及課程名稱：課程編碼：課程名稱：太陽(yáng)能電池 Solar Cells二、學(xué)時(shí)及學(xué)分總學(xué)時(shí)數(shù)：72，其中，講授學(xué)時(shí)：54，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：18。 學(xué)分：4三、適用專業(yè)及開(kāi)設(shè)學(xué)期適用專業(yè)：物理學(xué)（本科）開(kāi)設(shè)學(xué)期：第7學(xué)期四、課程的性質(zhì)、目標(biāo)和任務(wù)本課程是本專業(yè)的選修課，屬于任選課程，為后面太陽(yáng)能光伏技術(shù)的實(shí)訓(xùn)實(shí)踐、設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，在課程中，要向?qū)W生介紹太陽(yáng)能電池的基本工作原理和設(shè)計(jì)，結(jié)合目前采用的電池制造工藝和即將實(shí)施的改進(jìn)工藝，以及在應(yīng)用這些電池的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要考慮，使學(xué)生對(duì)太陽(yáng)能電池有個(gè)全面的了解。本課程不但要給學(xué)生介紹陽(yáng)光的性質(zhì)、構(gòu)成電池半導(dǎo)體材料的有關(guān)性質(zhì)

2、以及這兩者之間的相互作用，還要簡(jiǎn)要論述太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)中的重要因素、現(xiàn)行的電池制造工藝以及未來(lái)可能的工藝。五、課程教學(xué)的基本要求通過(guò)教學(xué)，應(yīng)使學(xué)生系統(tǒng)掌握太陽(yáng)能電池的基本知識(shí)，基本了解太陽(yáng)能電池的工作原理，并能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的應(yīng)用。六、課程教學(xué)內(nèi)容第一章 太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)光（共1學(xué)時(shí)）（一）本章教學(xué)目的和要求了解太陽(yáng)能電池的發(fā)展概況，了解太陽(yáng)常數(shù)、日照強(qiáng)度、太陽(yáng)的視運(yùn)動(dòng)等基本的太陽(yáng)光方面的知識(shí)。（二）教學(xué)內(nèi)容11 引言 12 太陽(yáng)能電池發(fā)展概況 13 陽(yáng)光的物理來(lái)源 14 太陽(yáng)常數(shù) 15 地球表面的日照強(qiáng)度 16 直接輻射和漫射輻射 17 太陽(yáng)的視運(yùn)動(dòng) 18 日照數(shù)據(jù) 19 小結(jié)（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)

3、：太陽(yáng)光的相關(guān)參數(shù)和知識(shí)難點(diǎn)：太陽(yáng)光的基本參數(shù)第二章 半導(dǎo)體的特性（共1學(xué)時(shí)）（一）本章教學(xué)目的和要求了解晶體的結(jié)構(gòu)和取向，禁帶寬度的的概念，電子和空穴的相關(guān)知識(shí)，載流子濃度等半導(dǎo)體相關(guān)的參數(shù)和性能。（二）教學(xué)內(nèi)容21 引言 22 晶體結(jié)構(gòu)和取向 23 禁帶寬度 24 允許能態(tài)的占有幾率 25 電子和空穴 26 電子和空穴的動(dòng)力學(xué) 27 允許態(tài)的能量密度 28 電子和空穴的密度 29 族半導(dǎo)體的鍵模型 210 族和族摻雜劑 211 載流子濃度 212 摻雜半導(dǎo)體中費(fèi)米能級(jí)的位置 213 其他類型雜質(zhì)的影響 214 載流子的傳輸 215 小結(jié)（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：電子和空穴的動(dòng)力學(xué)難點(diǎn)：摻雜半導(dǎo)

4、體的知識(shí)和性質(zhì)第三章 產(chǎn)生、復(fù)合及器件物理學(xué)的基本方程（共1學(xué)時(shí)）（一）本章教學(xué)目的和要求了解光與半導(dǎo)體的相互作用，掌握光的吸收、復(fù)合過(guò)程，掌握半導(dǎo)體器件物理學(xué)的基本方程。（二）教學(xué)內(nèi)容31 引言 32 光與半導(dǎo)體的相互作用 33 光的吸收 34 復(fù)合過(guò)程 35 半導(dǎo)體器件物理學(xué)的基本方程 36 小結(jié)（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：半導(dǎo)體器件物理學(xué)的基本方程難點(diǎn)：光的吸收、復(fù)合過(guò)程第四章 p-n結(jié)二極管（共1學(xué)時(shí)）（一）本章教學(xué)目的和要求掌握p-n結(jié)的靜電學(xué)，掌握載流子入注、擴(kuò)散流、暗特性等相關(guān)概念和知識(shí)，掌握太陽(yáng)能電池的輸出參數(shù)，了解有限電池尺寸對(duì)i0的影響。（二）教學(xué)內(nèi)容41 引言 42 p-n結(jié)的

5、靜電學(xué) 43 結(jié)電容 44 載流子注入 45 準(zhǔn)中性區(qū)內(nèi)的擴(kuò)散流 46 暗特性 47 光照特性 48 太陽(yáng)能電池的輸出參數(shù) 49 有限電池尺寸對(duì)i0的影響 410 小結(jié)（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：p-n結(jié)的靜電學(xué)難點(diǎn)：載流子入注、擴(kuò)散流、暗特性等相關(guān)概念和知識(shí)第五章 效率的極限、損失和測(cè)量（共10學(xué)時(shí)）（一）本章教學(xué)目的和要求掌握效率的極限，了解溫度對(duì)太陽(yáng)能電池的影響，掌握效率損失、效率測(cè)量等知識(shí)。（二）教學(xué)內(nèi)容51 引言 52 效率的極限 53 溫度的影響 54 效率損失 55 效率測(cè)量 56 小結(jié)（三）重點(diǎn) 難點(diǎn)重點(diǎn)：效率損失、效率測(cè)量等知識(shí)難點(diǎn)：溫度對(duì)太陽(yáng)能電池的影響第六章 標(biāo)準(zhǔn)硅太陽(yáng)能電池工

6、藝（共10學(xué)時(shí)）（一）本章教學(xué)目的和要求了解由砂還原為冶金級(jí)硅的方法，了解冶金級(jí)硅提純?yōu)榘雽?dǎo)體級(jí)硅的方法，了解硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)工藝，認(rèn)識(shí)太陽(yáng)能電池封裝成太陽(yáng)能電池組件的方法。（二）教學(xué)內(nèi)容61 引言 62 由砂還原為冶金級(jí)硅 63 冶金級(jí)硅提純?yōu)榘雽?dǎo)體級(jí)硅 64 半導(dǎo)體級(jí)多晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉Ч杵?65 單晶硅片制成太陽(yáng)能電池 66 太陽(yáng)能電池封裝成太陽(yáng)能電池組件 67 能量收支結(jié)算 68 小結(jié)（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)工藝難點(diǎn)：硅提純的方法第七章 硅電池工藝的改進(jìn)（共10學(xué)時(shí)）（一）本章教學(xué)目的和要求了解硅電池工藝的改進(jìn)方法。（二）教學(xué)內(nèi)容71 引言 72 太陽(yáng)能電池級(jí)硅 73 硅

7、片 74 電池的制造和互聯(lián) 75 候選工廠的分析 76 小結(jié)（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：太陽(yáng)能電池硅的改進(jìn)方法難點(diǎn)：太陽(yáng)能電池的制造和互聯(lián)第八章 硅太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)（共10學(xué)時(shí)）（一）本章教學(xué)目的和要求了解硅太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)之前的相關(guān)條件，了解襯底的摻雜、頂層的限制、上電極的設(shè)計(jì)方法等，了解光學(xué)設(shè)計(jì)和光譜響應(yīng)等有關(guān)電池設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)。（二）教學(xué)內(nèi)容81 引言 82 主要考量 83 襯底的摻雜 84 背面場(chǎng) 85 頂層的限制 86 上電極的設(shè)計(jì) 87 光學(xué)設(shè)計(jì) 88 光譜響應(yīng) 89 小結(jié)（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：上電極的設(shè)計(jì)難點(diǎn)：光學(xué)設(shè)計(jì)和光譜響應(yīng)第九章 其他器件結(jié)構(gòu)（共2學(xué)時(shí)）（一）本章教學(xué)目的和要求了解

8、一些常見(jiàn)器件的結(jié)構(gòu)和基本工作原理。（二）教學(xué)內(nèi)容91 引言 92 同質(zhì)結(jié) 93 半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié) 94 金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié) 95 實(shí)用的低電阻接觸 96 mis太陽(yáng)能電池 97 98 小結(jié)（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)難點(diǎn)：光電化學(xué)電池第十章 其他半導(dǎo)體（共1學(xué)時(shí)）（一）本章教學(xué)目的和要求了解其他幾種半導(dǎo)體的原理、構(gòu)造和性能。（二）教學(xué)內(nèi)容101 引言 102 多晶硅(pc-si) 103 非晶硅(a-si) 104 砷化鎵太陽(yáng)能電池 105 cu2s/cds太陽(yáng)能電池 106 小結(jié)（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：非晶硅難點(diǎn)：砷化鎵太陽(yáng)能電池第十一章 聚光型系統(tǒng)（共1學(xué)時(shí)）（一）本章教學(xué)目的和要求

9、了解聚光器的性質(zhì)，了解固定式和定期調(diào)整式聚光器的原理，了解聚光電池的設(shè)計(jì)和超高效率系統(tǒng)。（二）教學(xué)內(nèi)容111 引言 112 理想聚光器 113 固定式和定期調(diào)整式聚光器 114 跟蹤式聚光器 115 聚光電池的設(shè)計(jì) 116 超高效率系統(tǒng) 117 小結(jié)（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：固定式和定期調(diào)整式聚光器難點(diǎn)：聚光電池的設(shè)計(jì)第十二章 光伏系統(tǒng)的組成與應(yīng)用（共4學(xué)時(shí)）（一）本章教學(xué)目的和要求了解能量的儲(chǔ)存方法，了解功率調(diào)節(jié)裝置和光伏系統(tǒng)的組成與應(yīng)用。（二）教學(xué)內(nèi)容121 引言 122 能量的儲(chǔ)存 123 功率調(diào)節(jié)裝置 124 光伏應(yīng)用 125 小結(jié)（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：光伏系統(tǒng)的組成與應(yīng)用難點(diǎn)：功率調(diào)節(jié)裝

10、置第十三章 獨(dú)立光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（共2學(xué)時(shí)）（一）本章教學(xué)目的和要求了解太陽(yáng)能電池組件的性能，了解蓄電池的性能，了解功率控制、光伏水泵等知識(shí)，掌握系統(tǒng)規(guī)模的制定。（二）教學(xué)內(nèi)容131 引言 132 太陽(yáng)能電池組件的性能 133 蓄電池性能 134 功率控制 135 系統(tǒng)規(guī)模的制定 136 光伏水泵 137 小結(jié)（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：系統(tǒng)規(guī)模的制定難點(diǎn)：太陽(yáng)能電池組件的性能第十四章 住宅用和集中型光伏電力系統(tǒng)（自學(xué)）（一）本章教學(xué)目的和要求了解住宅用和集中型光伏電力系統(tǒng)的特點(diǎn)。（二）教學(xué)內(nèi)容141 引言 142 住宅用系統(tǒng) 143 集中型發(fā)電站 144 小結(jié)（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：住宅用系統(tǒng)難點(diǎn)：集

11、中型發(fā)電站七、本課程與其它課程的關(guān)系前期課程：半導(dǎo)體物理、物理后期課程：太陽(yáng)能工程等八、教學(xué)時(shí)數(shù)分配太陽(yáng)能電池課程教學(xué)時(shí)數(shù)分配表總學(xué)時(shí)：72 學(xué)分：4章次各章標(biāo)題名稱講授學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)實(shí)踐學(xué)時(shí)討論、習(xí)題課等學(xué)時(shí)第一章太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)光1第二章半導(dǎo)體的特性18第三章產(chǎn)生、復(fù)合及器件物理學(xué)的基本方程1第四章p-n結(jié)二極管1第五章效率的極限、損失和測(cè)量10第六章標(biāo)準(zhǔn)硅太陽(yáng)能電池工藝10第七章硅電池工藝的改進(jìn)10第八章硅太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)10第九章其他器件結(jié)構(gòu)2第十章其他半導(dǎo)體1第十一章聚光型系統(tǒng)1第十二章光伏系統(tǒng)的組成與應(yīng)用4第十三章獨(dú)立光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)210第十四章住宅用和集中型光伏電力系統(tǒng)自學(xué)合計(jì)54

12、18九、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配太陽(yáng)能電池課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)一覽表序號(hào)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類型（驗(yàn)證、綜合、設(shè)計(jì)）是否為開(kāi)放實(shí)驗(yàn)備注1四探針?lè)y(cè)量材料的電阻率4綜合否2四探針?lè)y(cè)量材料的薄層電阻4綜合否3獨(dú)立光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)10設(shè)計(jì)否合計(jì)18十、推薦教材及參考書(shū)（一）推薦教材：太陽(yáng)能電池工作原理、技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)用，Martin A.Green編, 上海交通大學(xué)出版社，2010年第1版。（二）參考書(shū)：1.太陽(yáng)能電池基礎(chǔ)與應(yīng)用，熊紹珍、朱美芳編，科學(xué)出版社，2009年第1版；2.太陽(yáng)能光伏電池及其應(yīng)用，濱川圭弘編，科學(xué)出版社，2008年第1版。十一、主要教學(xué)方法與教學(xué)條件要求本課程是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)精講多練 , 講練結(jié)