《太阳能电池材料》课程教学大纲（本科）

《太阳能电池材料》课程教学大纲一、课程基本情况课程代码：1011339039课程名称（中/英文）：太阳能电池材料/SolarCellterials课程类别：专业方向课程学分：3总学时：48理论学时：36实验/实践学时：12适用专业：材料物理专业适用对象：本科先修课程：半导体物理与器件，材料研究与测试方法教学环境：多媒体教室、实验室开课学院：材料科学与工程学院二、课程简介.课程任务与目的《太阳能电池材料》是材料物理专业的一门专业课程。讲述太阳电池的结构与光电转换原理、太阳能电池材料的种类、性能特点和制备技术、薄膜太阳能电池的应用以及太阳能材料及其应用面临的挑战等内容。通过课程的学习，使学生掌握太阳能电池材料的制备技术与性能特点及其工程应用等基本知识，并建立理论联系实际的学习方法。.对接培养的岗位能力要求学生熟悉太阳能电池制造工艺流程及工作原理，具有一定的光伏材料检测能力，能够从事硅片、电池片、组件等光伏相关行业。三、课程教学目标总目标：通过本课程的学习，使学生掌握太阳能电池用硅材料的基本性质和制备技术，了解太阳能电池用硅基薄膜面临的挑战和发展方向。掌握常用GaAs、CdTe等HI-V化合物半导体以及CIS系和CIGS系多元化合物太阳能电池材料的特点、基本性质和制备技术并了解有机太阳能电池结构与制备工艺流程；能够理解染料敏化太阳能电池结构与工作原理。培养学生选择、应用太阳能材料的能力，具备材料研发设计、改性和提高能力，为学生从事太阳能方面的工作奠定坚实的基础。知识目标：掌握太阳能电池用硅材料的基本性质和制备技术；掌握常用GaAs、CdTe等HI-V化合物半导体以及CIS系和CIGS系多元化合物太阳能电池材料的特点、基本性质和制备技术并了解有机太阳能电池结构与制备工艺流程。支撑毕业要求1,3.2,4.1,6.1,7.1o能力目标：培养学生选择、应用太阳能材料的能力，具备材料研发设计、改性和提高能力，为学生从事太阳能方面的工作奠定坚实的基础。支撑毕业要求2.3,4.3,7.Io素质目标：能够运用太阳能电池材料的基本概念及制备技术进行太阳能电池的选择、设计和研发。支撑毕业要求4.3,7.Io四、课程教学内容、学时分配和具体安排（一）学时分配主题或知识点教学内容总学时学时完成课程教学目标讲课实验实践主题或知识点1太阳能电池物理基础168801,2.3,4,6.1,7.1主题或知识点2硅基太阳能电池材料及制备技术1410403.1,3.2,3.3,4,1,4.3,7.1主题或知识点3化合物半导体太阳能电池材料及制备技术88003.2,4.1,4.3,7.1主题或知识点4有机太阳能电池材料及其应用66003.2,4.1,4.3,7.1主题或知识点5染料敏化太阳能电池材料及其应用44003.2,4.1,4.3,7.1合计4836120（二）实践教学安排（指含有实验或实践内容的课程）序号实验/实践项目名称实验/实践学时实验/实践类型实验/实践要求每组人数备注1太阳能电池性能测试4综合性必做4-52太阳能电池负载实验4综合性必做4-53太阳能工作原理实验4综合性必做4-5五、教学内容及教学设计主题或知识点1太阳能电池物理基础1.教学内容(1)半导体物理基础：半导体的能带结构；杂质与缺陷种类及其对半导体的影响；平衡态载流子和非平衡载流子；载流子输运过程；p-n结的制备及原理；金属-半导体接触和MIS结构的能带结构。(2)太阳能电池基础：半导体光吸收的物理过程；光生伏应；太阳能电池的电流-电压特性。(3)太阳能电池性能参数：太阳能电池性能参数测试条件与测试系统；太阳能电池「V曲线的基本特征；入射光子-电流转换效率IPCE的基本概念及测试。(4)太阳能电池材料的分类：包括晶硅电池、半导体化合物电池、有机光伏电池等的基本结构。.教学半导体物理基础；半导体光吸收和光生伏应；载流子输运；p-n结的原理；太阳能电池「V曲线的基本特征。.教学难点半导体的能带结构；金属-半导体接触和MIS结构的能带结构；入射光子-电流转换效率IPCE。.教学方案设计(含教学方法、教学手段)是讲授法，通过板书和多媒体结合的，以展示图片、引用数据等手段配合视频讲授教材内容。采用提问、讨论的形式进行互动，学生对知识点的掌握。主题或知识点2硅基太阳能电池材料及制备技术.教学内容(1)单晶硅太阳能电池材料与制备技术：硅的基本性质及其应用；太阳能电池用单晶硅材料及其制备；单晶硅材料中的杂质与缺陷。(2)多晶硅太阳能电池材料与制备技术：铸造多晶硅、带硅材料、多晶硅薄膜及其制备；多晶硅材料中的杂质与缺陷。(3)非晶硅薄膜太阳能电池材料与制备技术：非晶硅薄膜的基本性质和制备方法；非晶硅薄膜中的氢及光致衰退现象；非晶硅薄膜的合金化和晶化。(4)硅基材料的光伏应用：晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池和硅基薄膜太阳能电池研究进展。.教学太阳能电池用单晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜材料的制备技术；单晶硅和多晶硅材料中的杂质与缺陷；非晶硅薄膜的光致衰退现象。.教学难点单晶硅和多晶硅材料中的杂质与缺陷；非晶硅薄膜的光致衰退现象。.教学方案设计(含教学方法、教学手段)是讲授法，通过板书和多媒体结合的，以展示图片、引用数据等手段配合视频讲授教材内容。采用提问、讨论的形式进行互动，学生对知识点的掌握。主题或知识点3化合物半导体太阳能电池材料及制备技术1.教学内容(1)化合物半导体太阳能电池材料概述。GaAs太阳能电池材料及其制备：GaAs材料的基本性质和制备方法；GaAs材料中的杂质和缺陷；GaAs太阳能电池的结构、性质及发展状况。CdTe太阳能电池材料及其制备：CdTe材料的基本性质和制备方法；CdTe太阳能电池结构、性质及发展状况。CIS及CIGS系太阳能电池材料及其制备:CIS（CIGS）材料的基本性质;CIS及CIGS系太阳能电池结构、性质及发展状况。.教学GaAs、CdTe、CIS及CIGS系太阳能电池材料的基本性质和制备方法。.教学难点GaAs材料中的杂质和缺陷。.教学方案设计（含教学方法、教学手段）是讲授法，通过板书和多媒体结合的，以展示图片、引用数据等手段配合视频讲授教材内容。采用提问、讨论的形式进行互动，学生对知识点的掌握。主题或知识点4有机太阳能电池材料及其应用.教学内容（1）有机太阳能电池材料概述：有机太阳能电池材料及器件的研究背景和研究进展。（2）有机半导体材料物理基础及太阳能电池原理：有机半导体材料物理基础；有机太阳能电池工作原理及内部的电荷转移过程。（3）有机太阳能电池材料与器件：常用的有机太阳能电池材料；有机太阳能电池的结构。（4）有机太阳能电池制备工艺：有机太阳能电池制备工艺流程及制备系统。.教学有机太阳能电池工作原理及内部的电荷转移过程；有机太阳能电池制备工艺。.教学难点有机太阳能电池工作原理及内部的电荷转移过程。.教学方案设计（含教学方法、教学手段）是讲授法，通过板书和多媒体结合的，以展示图片、引用数据等手段配合视频讲授教材内容。采用提问、讨论的形式进行互动，学生对知识点的掌握。主题或知识点5染料敏化太阳能电池材料及其应用.教学内容（1）染料敏化太阳能电池：染料敏化太阳能电池概述、结构与工作原理。（2）光阳极材料：光阳极材料概述；Ti02及其他氧化物半导体材料。（3）染料：染料概述；金属络合物、口卜咻和醐菁、有机染料的基本性质和作用原理；染料分子在半导体表面的吸附。（4）其他材料：对电极和电解质的性质及现状。.教学染料敏化太阳能电池的结构与工作原理；半导体光阳极；有机染料的作用原理。.教学难点染料敏化太阳能电池的工作原理；有机染料的作用原理。.教学方案设计（含教学方法、教学手段）是讲授法，通过板书和多媒体结合的，以展示图片、引用数据等手段配合视频讲授教材内容。采用提问、讨论的形式进行互动，学生对知识点的掌握。六、学生成绩评定本课程为专业必修课，课程考核采用平时考核和期末考试相结合的进行。平时考核采用考勤、作业等形式，期末考试采用闭卷笔试形式。本课程总评成绩中，平时成绩占50%,期末考试50%记入课程的总成绩，具体评定见表。学生成绩评定表七、教材、参考书目、重要文献以及课程网络资源考核平时成绩期中考试期末考试出勤作业课堂表现阶段测验答辩项目小文章其他(实验)VVV成绩比例组101010101050建议教材：(1)李伟主编.太阳能电池材料及其应用.电子科技大学，2014.参考书：(1)滕道祥编.硅太阳能电池光伏材料.化学工业，2015.(2)苏巴•拉迈亚•柯蒂加拉编.薄膜太阳能电池材料.三峡，2017.(3)周丽梅主编.铜钢铝硒(CIAS)薄膜太阳能电池关键材料-制备和性能.化学工业，2013.(4)孙萌涛主编.光诱导电荷转移原理和在有机太阳能电池中的应用.科学，2017.(5)马廷丽主编.染料敏化太阳能电池一从理论基础到技术应用.化学工业，2013.课程网络资源：(1)光伏亿家www.solarzoom,com/(2)北极星太阳能光伏网,cn/(3)大学MOOC-薄膜太阳能电池/course/CSLG-1001753006《太阳能电池材料》实验教学大纲付芳赵军伟一、课程基本情况课程代码：1011339039课程名称（中/英文）:太阳能电池材料/SolarCellterials课程类别：专业方向课程课程性质：选修课程类型：课程实验总学分：3总学时：48实验/实践学时：12/0适用专业：材料物理适用对象：本科先修课程：半导体物理与器件，材料研究与测试方法开课学院：材料科学与工程学院二、课程简介《太阳能电池材料》课程实验是材料物理专业方向的。通过本课程的学习，使学生掌握太阳能电池的基本表征手段，能够进行基本的太阳能电池的性能测试。通过实验课程的学习，使学生掌握太阳能电池伏安特性曲线的测试、分析，培养了学生的实践动手能力。三、实验教学目标通过实验教学使学生掌握太阳能电池材料和组件的测试及实验方法，掌握相关的基本原理。能够针对太阳能电池材料和组件设计实验，并对实验数据进行采集、处理和解释，培养学生科学严谨的态度，学会实验的方法，提高动手的能力。通过测量和处理数据引导学生利用数据得出结论，培养学生合理分析数据的意识，养成良好的实验习惯和思维习惯。能够对太阳能电池材料与组件的性能做出合理评价。实验太阳能电池性能测试四、实验项目及学时安排实验太阳能电池性能测试序号实验项目名称实验学时实验类型实验要求每组人数备注1太阳能电池性能测试4综合性必做4-62太阳能电池负载实验4综合性必做4-63太阳能工作原理实验4综合性必做4-6五、实验内容实验目的：学习太阳能电池伏安特性曲线测试的基本原理，掌握电化学工作站测试太阳能电池的伏安特性曲线的方法，了解伏安特性曲线相关的性能参数如开路电压、短路电流、填充因子、转换效率等并能够根据伏安曲线对其进行计算。实验设备：CI660e电化学工作站实验内容及步骤：学会使用电化学工作站测试太阳能电池的伏安特性曲线；掌握太阳电池伏安特性曲线的分析方法,并会根据伏安特性曲线计算相关性能参数，如太阳电池的功率、开路电压、短路电流、填充因子、转换效率等。实验内容包括样品的组装，电化学工作站的操作，性能曲线的分析。实验步骤为接好电极、打开工作站开关、打开CI工作站控制界面、选择测试技术、设置参数进行运行，保存曲线。实验二太阳能电池负载实验实验目的：了解太阳能电池的基本结构和工作原理；了解太阳能电池输出电流、电压与负载的关系，掌握太阳能电池基本特性参数测试原理与方法；通过分析太阳能电池基本特性参数测试数据，进一步熟悉实验数据分析与处理的方法。实验设备：D6521A型多功能太阳能电池综合特性测试仪实验内容及步骤：学会使用多功能太阳能电池综合特性测试仪测试不同光强和负载下太阳能电池的输出电流、电压,对所得数据进行分析，通过填充因子等的计算掌握太阳能电池的负载能力高低。实验内容包括多功能太阳能电池综合特性测试仪的操作，性能曲线的分析。实验步骤为光路高度调节、打开债灯电源、调节滤色片的高度与出光口的高度一致、连接实验电路、通过改变负载电阻来测试太阳能电池IT特性曲线，求解不同光强、温度下的开路电压和闭路电流。实验三太阳能工作原理实验实验目的：了解太阳能光伏电池的基本特性参数，有开路电压、短路电流、峰值电压、峰值电流、峰值功率、填充因子及转换效率；了解太阳能光伏电池的伏安特性及曲线绘制；掌握电池特性的测试与计算。实验设备：太阳能发电系统实验台实验内容及步骤：学会使用太阳能发电系统实验台测量未加直接驱动的LED灯的电流和电压及通过调控后LED灯的电流和电压，计算这两种情况下的太阳能电池输出功率，能够根据这两者数据的差异分析的作用。实验内容包括太阳能发电系统的操作和性能曲线的分析。实验步骤为连接好实验平台与系统之间的接线，打开总电源开关。用实验导线连结风光互补与蓄电池，使太阳能工作并观察蓄电池当前的电量状态。打开模拟光源，用实验导线将四块电池板并联，然接入风光互补。将风光互补的输出端经过直流负载电流表接DC12V直流负载，观察风光互补控制充电电流和充电电压的变化，以及蓄电池电压和放电电流的变化，将数据填入表。六、实验报告格式实验名称（-）实验目的（-）实验原理（三）实验步骤（四）数据处理与分析（五）思考题七、考核（1）按照成绩总分,分为（90-100分）、良好（80-89分）、中等（70-79分）、及格（60-69分）和不及格（60分以下）五个档次。成绩评分分三部分，按照实验报告成绩20%,实验理论成绩20%,实验操作成绩60%综合评定。。（2）评分标准：实验报告成绩具体要求（90-100分）实验报告结构完整，报告内容准确、具体，实验记录清楚详细，有自己的见解，能够根据实验现象、结果和数据进行合理分析，得出结论，能正确的解答思考题。良好（80-89分）实验报告结构较完整，报告内容较准确、具体，实验记录比较清楚，有自己一定的见解，能够根据实验现象、结果和数据进行较合理的分析，能正确解答思考题。中等（70-79分）实验报告结构基本完整，报告