《太阳能光伏原理与技术》课程教学大纲

PAGEPAGE6太阳能光伏原理与技术课程教学大纲(Photovoltaticprinciplesandtechnologyofsolarenergy)学时数：32其中：实验学时：0课外学时：0学分数：2适用专业：光源与照明一、课程的性质、目的和任务本课程是为光源与照明专业本科生开设的专业基础课，重点叙述太阳能电池的基本工作原理和设计、采用的电池制造工艺和实施的改进工艺以及应用太阳能电池的系统设计等；综合论述了太阳光的性质、构成太阳能电池半导体材料的有关性质以及两者之间的相互作用，并详细论述了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和太阳能电池系统的应用等。开设本课程的目的是使学生获得必要的太阳能光伏发电技术的基本理论、基本知识和基本技能，为从事光伏方向的技术工作，学习后续课程打下基础。其任务是使学生掌握太阳电池材料的制备技术、表征手段以及太阳能光伏系统的设计与应用，能够进行基本的太阳电池性能测试及太阳电池组件封装，并具备太阳能光伏系统优化设计的技能。二、课程教学的基本要求（一）掌握太阳常数，阳光的物理来源，地球表面的日照强度。（二）掌握载流子浓度，掺杂半导体中费米能级的位置，载流子的传输。（三）掌握辐射复合、俄歇复合、经由陷阱的复合、表面复合的复合过程。（四）掌握太阳能电池的输出参数、光照特性、有限电池尺寸对的影响。（五）掌握短路电流、开路电压和效率的概念，黑体电池的效率极限。（六）掌握太阳能电池封装成太阳能电池组件的结构、工作温度、耐久性、电路设计。（七）掌握太阳能电池级硅片的要求、铸锭工艺、带状硅的特点。（八）掌握太阳能电池上电极的设计、光学设计以及光谱响应。（九）掌握同质结、半导体异质结、金属-半导体异质结的结构特征。三、课程的教学内容、重点和难点第1章太阳能电池和太阳光1.1引言1.2太阳能电池发展概况1.3阳光的物理来源1.4太阳常数1.5地球表面的日照强度1.6直接辐射和漫射辐射1.7太阳的视运动1.8日照数据重点：太阳能电池的发展概况、地球表面的日照强度、日照数据。难点：阳光的物理来源、太阳常数、太阳的视运动、直接辐射和漫射辐射。第2章半导体的特性2.1引言2.2晶体的结构和取向2.3禁带宽度2.4允许能态的占有几率2.5电子和空穴2.6电子和空穴的动力学2.7允许态的能量密度2.8电子和空穴的密度2.9Ⅳ族半导体的键模型2.10Ⅲ族和Ⅴ族掺杂剂2.11载流子浓度2.12掺杂半导体中费米能级的位置2.13其他类型杂质的影响2.14载流子的传输重点：禁带宽度、电子和空穴、电子和空穴的密度、Ⅲ族和Ⅴ族掺杂剂、载流子浓度、掺杂半导体中费米能级的位置、载流子的传输。难点：晶体的结构和取向、允许能态的占有几率、电子和空穴的动力学、允许态的能量密度、Ⅳ族半导体的键模型、其他类型杂质的影响。第3章产生、复合及器件物理学的基本方程3.1引言3.2光与半导体的相互作用3.3光的吸收3.4复合过程3.5半导体器件物理学的基本方程重点：光与半导体的相互作用、光的吸收、复合过程。难点：半导体器件物理学的基本方程。第4章p-n结二极管4.1引言4.2p-n结的静电学4.3结电容4.4载流子注入4.5准中性区内的扩散流4.6暗特性4.7光照特性4.8太阳能电池的输出参数4.9有限电池尺寸对的影响重点：p-n结的静电学、载流子注入、暗特性、光照特性、太阳能电池的输出参数。难点：结电容、准中性区内的扩散流、有限电池尺寸对的影响。第5章效率的极限、损失和测量5.1引言5.2效率的极限5.3温度的影响5.4效率损失5.5效率测量重点：效率的极限、效率损失、效率测量。难点：温度的影响。第6章标准硅太阳能电池工艺6.1引言6.2由砂还原为冶金级硅6.3冶金级硅提纯为半导体级硅6.4半导体级多晶硅转变为单晶硅片6.5单晶硅片制成太阳能电池6.6太阳能电池封装成太阳能电池组件6.7能量收支结算重点：由砂还原为冶金级硅、冶金级硅提纯为半导体级硅、半导体级多晶硅转变为单晶硅片、单晶硅片制成太阳能电池。难点：太阳能电池封装成太阳能电池组件、能量收支结算。第7章硅电池工艺的改进7.1引言7.2太阳能电池级硅7.3硅片7.4电池的制造和互联7.5候选工厂的分析重点：太阳能电池级硅、硅片。难点：电池的制造和互联、候选工厂的分析。第8章硅太阳能电池的设计8.1引言8.2主要参量8.3衬底的掺杂8.4背面场8.5顶层的限制8.6上电极的设计8.7光学设计8.8光谱响应重点：上电极的设计、光学设计、光谱响应。难点：衬底的掺杂、背面场、顶层的限制。※第9章其他器件结构9.1引言9.2同质结9.3半导体异质结9.4金属-半导体异质结9.5实用的低电阻接触9.6MIS太阳能电池9.7光电化学电池重点：同质结、半导体异质结、金属-半导体异质结。难点：实用的低电阻接触、MIS太阳能电池、光电化学电池。※第10章其他半导体10.1引言10.2多晶硅10.3非晶硅10.4砷化镓太阳能电池10.5硫化铜/硫化镉太阳能电池重点：多晶硅、非晶硅。难点：砷化镓太阳能电池、硫化铜/硫化镉太阳能电池。※第11章聚光型系统11.1引言11.2理想聚光器11.3固定式和定期调整式聚光器11.4跟踪式聚光器11.5聚光电池设计11.6超高效率系统重点：理想聚光器、固定式和定期调整式聚光器、跟踪式聚光器。难点：聚光电池设计、超高效率系统。※第12章光伏系统的组成和应用12.1引言12.2能量的储存12.3功率调节装置12.4光伏应用重点：能量的储存、光伏应用。难点：功率调节装置。※第13章独立光伏系统的设计13.1引言13.2太阳能电池组件的性能13.3蓄电池的性能13.4功率控制13.5系统规模的制定13.6光伏水泵重点：太阳能电池组件的性能、蓄电池的性能。难点：功率控制、系统规模的制定、光伏水泵。※第14章住宅用和集中型光伏电力系统14.1引言14.2住宅用系统14.3集中型发电站重点：住宅用系统。难点：集中型发电站。四、课程各教学环节要求本课程以课堂教学为主。由于太阳能光伏技术与日常生活密切相关，因此在教学过程中，应注意理论联系实际，特别是应将我国主要太阳能光伏产业布局和产业特点穿插讲解，扩大学生的知识面。本课程课堂讲授40学时。五、学时分配教学内容各教学环节学时分配作业题量备注章节主要内容讲授实验讨论习题课外其它小计1太阳能电池和太阳光222半导体的特性4153产生、复合、基本方程4154p-n结二极管4155效率的极限、损失2136标准硅太阳能电池工艺2137硅电池工艺的改进2138硅太阳能电池的设计426合计24832六、课程与其它课程的联系本课程是在学生掌握了大学物理、模拟电子技术、数字电子技术、固体物理等课程的基础上开设的。本课程的学习有助于学生了解光电检测技术、有机LED显示原理与技术、光源照明与灯具设计等课程中器件结构和制作工艺，可与上述课程平行开设。七、教材与教学参考书（一）教材Martin.A.Green．太阳能电池工作原理、技术和系统应用．上海：上海交通大学出版社，2010．（二）教学参考书[1]杨金焕，于化从，葛亮．太阳能光伏发电应用技术．北京：电子工业出版社，2009．[2]王长贵，王斯成．太阳能光伏发电实用技术（第二版）．北京：化学工业出版社，2009．[3]TomMarkvart、LuisCastaner、梁骏吾等．太阳电池：材料、