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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SolarCells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1．9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2．1引言2．2晶体结构和取向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2．15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3．6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i0的影响4．10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5．6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6．8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7．6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8．1引言8．2主要考量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8．9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9．79．8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10．1引言10．2多晶硅(pc-si)10．3非晶硅(a-si)10．4砷化镓太阳能电池10．5cu2s/cds太阳能电池10．6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聚光电池的设计11．6超高效率系统11．7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12．5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13．1引言13．2太阳能电池组件的性能13．3蓄电池性能13．4功率控制13．5系统规模的制定13．6光伏水泵13．7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14．1引言14．2住宅用系统14．3集中型发电站14．4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》，MartinA.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,讲练结合；突出基本概念、基本理论和基本方法；充分利用现代教学手段，倡导传统与现代结合的教学模式，师生互动，启发诱导，激活思维，鼓励创新。十二、考核方式与成绩评定（闭卷）笔试成绩+实验成绩的考核方式。各教学环节占总分的比例:平时测验及练习：10%，实验成绩：20%，期末试卷成绩：70%。十三、其他需要说明的问题制订：电子科学与工程系教研室：物理学教研室执笔人：叶苗审订人：刘文富