10《太阳能电池》教学大纲.doc

黄淮学院太阳能电池课程教学大纲一、课程编码及课程名称：课程编码：3321320514课程名称：太阳能电池 Solar Cells二、学时及学分总学时数：72，其中，讲授学时：54，实验学时：18。 学分：4三、适用专业及开设学期适用专业：物理学（本科）开设学期：第7学期四、课程的性质、目标和任务本课程是本专业的选修课，属于任选课程，为后面太阳能光伏技术的实训实践、设计打下基础，在课程中，要向学生介绍太阳能电池的基本工作原理和设计，结合目前采用的电池制造工艺和即将实施的改进工艺，以及在应用这些电池的系统设计中的重要考虑，使学生对太阳能电池有个全面的了解。本课程不但要给学生介绍阳光的性质、构成电池半导体材料的有关性质以及这两者之间的相互作用，还要简要论述太阳能电池设计中的重要因素、现行的电池制造工艺以及未来可能的工艺。五、课程教学的基本要求通过教学，应使学生系统掌握太阳能电池的基本知识，基本了解太阳能电池的工作原理，并能够进行简单的应用。六、课程教学内容第一章 太阳能电池和太阳光（共1学时）（一）本章教学目的和要求了解太阳能电池的发展概况，了解太阳常数、日照强度、太阳的视运动等基本的太阳光方面的知识。（二）教学内容11 引言 12 太阳能电池发展概况 13 阳光的物理来源 14 太阳常数 15 地球表面的日照强度 16 直接辐射和漫射辐射 17 太阳的视运动 18 日照数据 19 小结（三）重点与难点重点：太阳光的相关参数和知识难点：太阳光的基本参数第二章 半导体的特性（共1学时）（一）本章教学目的和要求了解晶体的结构和取向，禁带宽度的的概念，电子和空穴的相关知识，载流子浓度等半导体相关的参数和性能。（二）教学内容21 引言 22 晶体结构和取向 23 禁带宽度 24 允许能态的占有几率 25 电子和空穴 26 电子和空穴的动力学 27 允许态的能量密度 28 电子和空穴的密度 29 族半导体的键模型 210 族和族掺杂剂 211 载流子浓度 212 掺杂半导体中费米能级的位置 213 其他类型杂质的影响 214 载流子的传输 215 小结（三）重点与难点重点：电子和空穴的动力学难点：掺杂半导体的知识和性质第三章 产生、复合及器件物理学的基本方程（共1学时）（一）本章教学目的和要求了解光与半导体的相互作用，掌握光的吸收、复合过程，掌握半导体器件物理学的基本方程。（二）教学内容31 引言 32 光与半导体的相互作用 33 光的吸收 34 复合过程 35 半导体器件物理学的基本方程 36 小结（三）重点与难点重点：半导体器件物理学的基本方程难点：光的吸收、复合过程第四章 p-n结二极管（共1学时）（一）本章教学目的和要求掌握p-n结的静电学，掌握载流子入注、扩散流、暗特性等相关概念和知识，掌握太阳能电池的输出参数，了解有限电池尺寸对i0的影响。（二）教学内容41 引言 42 p-n结的静电学 43 结电容 44 载流子注入 45 准中性区内的扩散流 46 暗特性 47 光照特性 48 太阳能电池的输出参数 49 有限电池尺寸对i0的影响 410 小结（三）重点与难点重点：p-n结的静电学难点：载流子入注、扩散流、暗特性等相关概念和知识第五章 效率的极限、损失和测量（共10学时）（一）本章教学目的和要求掌握效率的极限，了解温度对太阳能电池的影响，掌握效率损失、效率测量等知识。（二）教学内容51 引言 52 效率的极限 53 温度的影响 54 效率损失 55 效率测量 56 小结（三）重点 难点重点：效率损失、效率测量等知识难点：温度对太阳能电池的影响第六章 标准硅太阳能电池工艺（共10学时）（一）本章教学目的和要求了解由砂还原为冶金级硅的方法，了解冶金级硅提纯为半导体级硅的方法，了解硅太阳能电池的生产工艺，认识太阳能电池封装成太阳能电池组件的方法。（二）教学内容61 引言 62 由砂还原为冶金级硅 63 冶金级硅提纯为半导体级硅 64 半导体级多晶硅转变为单晶硅片 65 单晶硅片制成太阳能电池 66 太阳能电池封装成太阳能电池组件 67 能量收支结算 68 小结（三）重点与难点重点：硅太阳能电池的生产工艺难点：硅提纯的方法第七章 硅电池工艺的改进（共10学时）（一）本章教学目的和要求了解硅电池工艺的改进方法。（二）教学内容71 引言 72 太阳能电池级硅 73 硅片 74 电池的制造和互联 75 候选工厂的分析 76 小结（三）重点与难点重点：太阳能电池硅的改进方法难点：太阳能电池的制造和互联第八章 硅太阳能电池的设计（共10学时）（一）本章教学目的和要求了解硅太阳能电池设计之前的相关条件，了解衬底的掺杂、顶层的限制、上电极的设计方法等，了解光学设计和光谱响应等有关电池设计的相关知识。（二）教学内容81 引言 82 主要考量 83 衬底的掺杂 84 背面场 85 顶层的限制 86 上电极的设计 87 光学设计 88 光谱响应 89 小结（三）重点与难点重点：上电极的设计难点：光学设计和光谱响应第九章 其他器件结构（共2学时）（一）本章教学目的和要求了解一些常见器件的结构和基本工作原理。（二）教学内容91 引言 92 同质结 93 半导体异质结 94 金属-半导体异质结 95 实用的低电阻接触 96 mis太阳能电池 97 98 小结（三）重点与难点重点：金属-半导体异质结难点：光电化学电池第十章 其他半导体（共1学时）（一）本章教学目的和要求了解其他几种半导体的原理、构造和性能。（二）教学内容101 引言 102 多晶硅(pc-si) 103 非晶硅(a-si) 104 砷化镓太阳能电池 105 cu2s/cds太阳能电池 106 小结（三）重点与难点重点：非晶硅难点：砷化镓太阳能电池第十一章 聚光型系统（共1学时）（一）本章教学目的和要求了解聚光器的性质，了解固定式和定期调整式聚光器的原理，了解聚光电池的设计和超高效率系统。（二）教学内容111 引言 112 理想聚光器 113 固定式和定期调整式聚光器 114 跟踪式聚光器 115 聚光电池的设计 116 超高效率系统 117 小结（三）重点与难点重点：固定式和定期调整式聚光器难点：聚光电池的设计第十二章 光伏系统的组成与应用（共4学时）（一）本章教学目的和要求了解能量的储存方法，了解功率调节装置和光伏系统的组成与应用。（二）教学内容121 引言 122 能量的储存 123 功率调节装置 124 光伏应用 125 小结（三）重点与难点重点：光伏系统的组成与应用难点：功率调节装置第十三章 独立光伏系统的设计（共2学时）（一）本章教学目的和要求了解太阳能电池组件的性能，了解蓄电池的性能，了解功率控制、光伏水泵等知识，掌握系统规模的制定。（二）教学内容131 引言 132 太阳能电池组件的性能 133 蓄电池性能 134 功率控制 135 系统规模的制定 136 光伏水泵 137 小结（三）重点与难点重点：系统规模的制定难点：太阳能电池组件的性能第十四章 住宅用和集中型光伏电力系统（自学）（一）本章教学目的和要求了解住宅用和集中型光伏电力系统的特点。（二）教学内容141 引言 142 住宅用系统 143 集中型发电站 144 小结（三）重点与难点重点：住宅用系统难点：集中型发电站七、本课程与其它课程的关系前期课程：半导体物理、物理后期课程：太阳能工程等八、教学时数分配太阳能电池课程教学时数分配表总学时：72 学分：4章次各章标题名称讲授学时实验学时实践学时讨论、习题课等学时第一章太阳能电池和太阳光1第二章半导体的特性18第三章产生、复合及器件物理学的基本方程1第四章p-n结二极管1第五章效率的极限、损失和测量10第六章标准硅太阳能电池工艺10第七章硅电池工艺的改进10第八章硅太阳能电池的设计10第九章其他器件结构2第十章其他半导体1第十一章聚光型系统1第十二章光伏系统的组成与应用4第十三章独立光伏系统的设计210第十四章住宅用和集中型光伏电力系统自学合计5418九、实验内容与学时分配太阳能电池课程实验教学一览表序号项目名称学时实验类型（验证、综合、设计）是否为开放实验备注1四探针法测量材料的电阻率4综合否2四探针法测量材料的薄层电阻4综合否3独立光伏系统的设计10设计否合计18十、推荐教材及参考书（一）推荐教材：太阳能电池工作原理、技术和系统应用，Martin A.Green编, 上海交通大学出版社，2010年第1版。（二）参考书：1.太阳能电池基础与应用，熊绍珍、朱美芳编，科学出版社，2009年第1版；2.太阳能光伏电池及其应用，滨川圭弘编，科学出版社，2008年第1版。十一、主要教学方法与教学条件要求本课程是一门技术基础课，在教学过程中应精讲多练 , 讲练