《太阳能电池材料》课程教学大纲.docx

太阳能电池材料课程教学大纲一、课程基本情况课程代码:101145223202课程名称中/英文K太阳他电池材料/So1.arCe1.1.Materia1.s课程类别：专业方向特色课程学分r3总学时：48理论学时：36实验学时：12适用专业：材料物理适用对象；本科先修课程：半导体物理与案件，材料研究与泅试方法，固体物理，材料物理教学环境：多媒体教室/实验室开课学院：材料科学与工程学院二、课程而介1 .课程任务与目的太阳能电池材料讲述了太阳电池的结构与光电转换原理、太阳能电池材料的种类、性能特点和制的技术、薄膜太阳能电池的应用以及聚合物太阳能电池及其面临的主要挑战等内容，通过本课程的学习,使学生掌握主要太阳能电池材料的制法技术与性能特点及其工程应用，建立理论联系实际的思维方法.在学习半导体物理基础知识时，介绍最近的中美贸易战传达”核心技术是国之理器“，激发学生夯实专业基础，培养学生的爱国主义精神、工匠精神、探索精神：在学习硅太阳能电池的制造过程时,介绍中国企业通过不断的技术创新和努力,逐渐在全球硅太阳能电池市场中占据重要地位培养学生的民族自豪感和科技报国的情怀；在学习化合物半导体太阳能电池的研究进展时，介绍科研工作者在面对技术难燃时基持不懈、勇于探索，克服了材料制备、那件工艺等方面的诸多困难，才有了现在的科研成果，鼓励学生在学习和研究中要有不怕困或、持之以恒的精神；在学习行机太阳能电池材料时，介绍其来源丰富且成本较低，有助于也少对传统能源的依赖，推动能源的可持续利用，培养学生的环保意识和对社会可持续发展的贡任矮：在学习桀料败化太阳能电池材料时，介绍染料敏化太阳能电池是科学家们经过长期观察和研究,深入理解光合作用的机制,并将其原理应用于太阳能电池中研制而成的.培养学生对力然的探索精神和创新思维.2 .对接培养的岗位能力要求学生勉悉太阳能电池制造工艺流程及工作原理，具彳i定的光伏材料研发、生产及检测能力，能防从事碎片、电池片、祖件等光伏相关的技术工作：在面对实际生产和应用中的问题时，具备创新意识与创新能力，能旗运用所学知识和羟验，提出创新性的解决方案。三、课程教学目标1.课程对毕业要求的支撑毕业要求指标点2.4能运用材料物理基本俅理,借助文觥研究,并从可持续发展的角发分析材料制冬与加工过程的影响因素和质址捽制指标，获得有效结论“毕业要求指标点£4能够选择使用信息技术工具软件，对新能源材料领域的发朵工程问题中的数据进行整理，时试除结果进行关联、分析和解律.并通过信息综合手段获得合理有效结论。毕业要求指标点7.2能够站在环境和社会可持续发展的角度思考新能源材料可备与加J1.等领域工程实践的可持续性，时太阳能电池和锂高于电池的性能进行分析,并评价产品周期中可能对人类和环境造成的损害和吃患.毕业要求指标点10.2J"解太阳能光伏和锂离子电池等新能源材料柒域的国际发展趋势、研究热点，理解和尊重世界不同语言、文化的差异性和多元化。2.课程教学目标对应毕业要求指标点，具体内容如下教学目标1：掌握太阳能电池用硅材料、化合物薄膜半导体、有机太阳能电池材料和柒料敏化电池材料的特点、基本性质、制备原理及制Sn:2流程.能够附用太阳能材料专业知识的基本原理,对太阳能材料制备与加工进行识别、表达和分析,以获得有效结论.（支撑毕业要求指标点2.4）教学目标2：培养学生选择、应用太阳能电池材料的能力，具备材料研发设计和改性能力,能帔设计针对光伏工程何明的解决方案，设计满足特定倚求的系统或工艺流程，了解国际研窕热点、发展趋势.为学生从事太阳能电池相关的工作奠定整实的基础.（支撑毕业要求指标点10.2）教学目标3：根据常握的太阳能电池材料的测试实脸方法及相关的基本阻理,健弊针对光伏工程领域的受杂工程问即设计实验,并对实验数据进行采集、处理和斛桥，得到合理有效结论.（支探毕业要求指标点4.1）教学目标4：了解全球环境和可持续发展面临的问超，理解环境保护和可持续发展与光伏工程实践的关系.培养学生具有良好的工程职业道他及表任心.（支捏毕业要求指标点7.2）四、校学课时安排（-学时分配主趣或知识点教学内容总学时学时完成课程讲课实脸实践教学目标主题或如识点1太阳能电池物理基础168801.4主题或知识点2硅基太阳能电池材料及制备技术1410401.2,3,4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88O01.2,3.4主题或知识点4有机太阳能电池材料及其应用66O01,3,4主题或知识点5染料敏化太阳能电池材料及其应用11O01,3,4合计4836120（二）实践教学安排序号实验/实践项目名称实验/实践学时实验/实类型实脸/实要求每组人数备注1太阳能电池性能冽试4综合性必做4-52太阳能电池负段实验4综合性必做4-53太阳能控制器工作原理实验4综合性必做4-5五、教学内容及教学设计主JHU太阳能电池物理基硼1.教学内容（D半导体物理艇础：平导体的能带结构；杂桢与缺陷种类及其对华导体的影响；平衡态毂流于和蒋平衡教流子：技流于输运过程：p-n结的制备及原理：金属-半导体接触和MS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：光生伏特效应：太阳能电池的电波电压特性。（3）太阳能电池性能多数：太阳能电池性能参数测试条件与测试系统；太阳能电池I-V曲线的施本特征；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：主要包括晶硅电池、半导体化合物电池、有机光伏电池等的基本结构.2.教学重点半导体物理基础：半导体光吸收和光生伏特效应：栽流子输运：PF结的原理：太阳能电池卜丫曲戏的基本特征,3.教学难点半导体的能带结构：金旗-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.4教学方案设计（含教学方法、教学手段）主要是讲授法,通过板书和多媒体结合的方式.以展示图片、引用数据等手段配合视领讲授教材内容，米用提问、讨论的形式进行互动,促进学生对知识点的掌握。引入科学家事迹和小故事，培养学生吃苦耐劳、精益求精及创新的工匠相神。主题2硅箱太阳能电池材料及制备技术1 .教学内容（1）单品硅太阳能电池材料与制备技术：硅的基本性舫及其应用：太阳能电池用成晶硅材料及其制备：中.晶硅材料中的杂质与缺陷.（2）多品珪太阳能电池材料与制备技术：铸造多晶硅、带硅材料、多品硅薄膜及其制备：多品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法技术：非晶硅薄膜的璃木性质和制J方法：非晶硅薄膜中的乳及光致衰退现以：非品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被太阳能也池研咒进展.2 .教学重点太阳能电池用单品碎、多品硅和作品础薄腴材料的制备技术；单品硅和多品徒材料中的杂质与缺陷；非晶硅漏股的光致衰退现象。3 .教学难点单晶硅和多晶硅材料中的杂质与法陷：非晶硅薄股的光致衰退理思.4 .教学方案设计含教学方法、教学手段）主要是讲授法,通过板书和多媒体结合的方式.以展示图片、引用数据等手段配合视版讲授教材内容,我用提问'讨论的形式进行互动，促进学生对知识点的掌握，将环境保护、绿色发展理念融入硅基太阳能电池的应用中，培养学生环境保护的货任感和节能意识。5 霖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.（2）GaAs太阳能电池材料及其制爵：GaAs材料的基本性质和制备方法：GnAs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。（3>CdTe太阳能电池材料及其制备：CdTe材料的葩本性质和制备方法：CdTe太阳能电池结构、性质及发展状况。（4>C1.S及C1.GS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、性质及发掘状况，2 .教学第点GaAs.QiTe、C1.S及C1.GS系太阳能电池材料的基本性质和制备方法。3 .教学难点GaAs材料中的杂质和戏陷.4 .教学方案设计含教学方法、教学手段）主要是讲授法，通过板节和多探体给合的方式，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，促迸学生对知识点的鸵握,通过分析神"系列使用的GaAS太阳能电池，强化学生的爱国希神和民族自强感,以薄膜太阳能电池的应用为例，强调可持续发展和绿色环保的曳要性.切4有机太附能电池材料及其应用1 .教学内容（!）有机太阳能电池材料概述；有机太阳能电池材料及零件的研究背弟和研究进展.（2）有机半炉体材料物理茶础及太阳能电池原理：有机半导体材料物理恭础；有机太阳能电池工作原理及内部的电荷传移过程.（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.，2 .教学重点有机太阳能电池工作原理及内部的电荷转移过程；有机太阳能电池制密工艺。3 .教学难点有机太KI能电池工作原理及内部的电荷转移过程.4 .教学方案设计含教学方法、教学手段）主要是讲授法,通过板书和多媒体结合的方式.以展示图片、引用数据等手段配合视版讲授教材内容，采用提问、讨论的形式进行互动,促进学生对知识点的掌握。通过新型有机太阳能电池材料的学习，让学生体会科技创新的思路与方法，培养学生科技创新的能力，主震5.柒料敏化太阳能电池材料及其应用1 .教学内容（1）染科敏化太阳能电池：染料敏化太阳能电池结构与工作原理.（2）光阳极材料，光阳极材料概述：TiO2及其他制化物半导体材料.（3）染料：染料概述；金属络合物.U卜咻和IttR、有机染料的基本性质和作用原理：染料分子在半导体去面的吸附。（4）其他材料:对电极和电解质的性质及现状。2 .教学的点染料收化太阳能电池的结构与工作原理；半8体光阳极：有机染料的作用原理，3 .教学难点鎏料敢化太阳能电池的工作原理：有机柒料的作用原理.4 教学方案设计（含教学方法、教学手段）主要是讲授法,通过板书和多媒体结合的方式.以展示图片、引用数据等手段配合视领讲授教材内容，采用提问、讨论的形式进行互动,促进学生对知识点的掌握。对比染料取化太阳能电池与传统太阳能电池的机理差别提供创新的思路与方法,培养学牛.科技创新的能力,通过柔性电池的应用实例，增加学生对学习科学知识的兴理与动力.六、学生成绩评定1 .课程考核方式及比例本课程为专业方向特色课程，i果程考核采用平时考核和期末考试相结合的方式进行.平时考核主要包括考勤、作业、课堂表现、阶段测验和实验.其中课堂表现包括听课情况、发*情况、合作学习脩况等.期末考试采用闭卷笔试形式.本深程总评成绩中,按平时成绩占50%,期末考试50%记入课程的总成绩，具体评定方式见成绩评定表。学生成缄评定表考核方式平时成绩期中考试期末考试出勤作业课堂表现阶段测验粹解项目小论文成绩比例%1010101010502 .课程考核方式讦价权本课程教学目标与考核方式评价权虫如表所示:课程教学目标支推毕业要求指标点考核评价方式权凄（%）过程性考核实验期末考试合计出勤及课堂作业及阶段教学目标1指标点2.457512-232970教学目标2指标点10.236310-2122-33教学目标3指标点4.46587919-30教学目标4指标点7.262292019-30合计20201050I(X)3.课程成般评价标准评估项目及权曳优秀（90-100分）良好（80-90分）中等（70-80分）及格(60-70分)不及格（60分）无迟到、早退、偶尔有迟到、有迟到、早退有迟到、早退、迟到、早退、旷深情况.积极早退情况.较情况.能够主偶尔有旷课情旷课情况较参与课堂讨论.为积极参与课动参与课堂时况.参与课堂多.不能有效出勤及课堂并能发表自己的堂讨论,并能论，能静回答讨论,能终回参与课堂讨表现（20%）独特见解,能膨准确回答问题,并有自己独到的见解.准确回答问遨有自己的见解。HSS-等问题.论，回答不出所有问题.能够独立完成作能师独立完成能师独立完成班本能助独立不能独立完业，作业顺眼优作业，作业质作业，作业质完成作业，部成作业,作业秀,健弊灵活运量较褊，能州量符合要求.分题目解答过质地较差，有作业（10%）用所学理论知识运用所学理论能够运用所学理存在投袭现明显抄袭现解决问超,并获知识耨决问理论知识解决象,运用所学叔,不具备运得正确结论。IS.并获得正确结论。问题，并获得有效结论。理论知识解决问题的能力战本符合要求.用所学理论知识解决问题的能力.完成所有阶段刈完成所有阶段完成所有阶段完成所有阶段没有完成阶验根据参考答测验,根据参测验.根据参测验,根据参段测试,根据WtXW7(10%)案评分，总评成考答案评定考答案评分.考答案评分，参考答案评绩为优秀.分，总评成绩为良好.总评成绩为中%总评成绩为及格.分，总评成绩不及格.实验报告能监独实验报告能峥实脸报告能好实验报告基本实验报告不立完成，内容完独立完成,内完成,内容完能够独立完能独立完成，整，数据合理，容完整，数据整，数据魏本成，内容完整，存在沙袭现数据处理正确，合理，数据处合埋，能够进数据图表齐象，报告中提图表规范.能物理正确,图表行数据处理.全，基本完成出的问卷没实险（10%）正确完成实验报塞木规范。能图表艰本规实验报告中提有或施本没告中提出的问题，并对实舱中遇到的问题进行深入的讨论,提出自己的见解.%完成实验报告中提出的问题，井对实验中遇到的问题进行讨论，提出意见。范,能够基本完成实箴报告中提出的问题,对实验中遇到的问题进行讨论。出的问题.有回答.考核环节平时成绩评定及考核标程考核结果及标准课程教学目标评价标准考核环节考核结果及标准评估项目及权亚优秀（90100分）良好（由89分）中等（7079分）及格（60Y9分不及格（60分）熟练掌握半导体准确掌握半导体掌俎羊导体材料她本掌握半导不能第握半材料本征吸收限材料本征吸收限本征吸收限的基体材料本征吸导体材料本的基本概念，健的基本概念,并本慨念，并能分收限的基本概征吸收限的够运用本征吸收能运用本征吸收析太阳能电池活念，并能分析范本概含，限分析太阳能电限分析太阳能电性层的工作机太阳能电池活无法分析太液活性层的工作池活性层的工作理。根据光伏器性层的工作机阳能电池活机理，根据光伏机理。根据光伏件在光照和暗态理。根据光伏性层的工作件在光照和暗器件在光照和暗下的I-V曲线.器件在光照和机理.根据教学目标1态卜的I-V曲态下的I-V曲基本健就确定涔暗态下的I-V光伏器件在纹，能筋熟练确战，能够准确确件的性能参数，曲浅，法本能光照和暗态1定渊件的性能参定器件的性能参分析材料光电特够确定器件的下的I-V曲数，媒合分析材数，能够分析材性与器件效率之性能多数，并线，无法确料光电特性与器料光电特性与器间的关系，得出能分析材料光定器件的性件效率之间的关件效率之间的关影响光伏电池质电特性与器件能参数.系，得出影响光系，得出影响光量的主要控制因效率之间的关伏电池质旗的主伏电池侦用的主«.系，花本能助要控制因素.要控制因素.得出影响光伏电池质量的主要控制因素。熟练掌树光伏产准确掌握光伏产掌握光伏产业中域本掌握光伏不能掌理光业中几种硅基太业中几种硅基太几种硅基太阳能产业中几种硅伏产业中几阳能电池的效阳能电池的效电池的效率、成基太阳能电池种硅基太阳率'成本、到备率、成本、制需本、制备方法。的效率、成本、能电池的效以及应用现状.以及应用现状.掌握晶体硅太阳制备方法.基率、成本、熟练掌樨晶体硅准确掌握晶体硅能电池、薄膜太本掌握晶体硅制备方法.教学目标太阳能电池、薄太阳能电池、海阳能电池和硅基太阳能电池、不能掌握品2膜太阳能电池和膜太阳能电池和薄噢太阳能电池薄朕太阳能电体硅太阳能硅基薄膜太阳能硅基薄膜太阳能的研究与进展。池和硅基薄膜电池、薄膜电池的研允与进电池的研究与进太阳能电池的太阳能电池屣.近研究与进展.和硅基薄膜太阳能电池的研究与进展.熟练掌握GaAs准确掌握GaAs掌握GaAS材料基本掌握不能掌握材料的基本性质材料的基本性质的基本性质和制GaAsHH1.fTJGaAs材料教学目标和制的方法、材和制备方法、材备方法、材料中基本性质和制的基本性质料中的杂质和缺料中的杂质和跳的杂质和缺陷，备方法、材料和制备方陷，相应光伏电密，相应光伏电相应光伏电池的中的朵颐和缺法、材料中池的结构、性质池的结构、性质结构、性质及发陷相应光伏的杂质和缺及发展状况；熟及发展状况:准展状况；掌握电池的结构、陷，不能掌练掌握CIS及CIGS系太阳能电池材料及其制符,相应的太阳能电池结构、性政及发展方向.确掌握CIS及CIGS系太阳能电池材料及其制备，相应的太阳能电池结构、性质及发展方向.CIS及CIGS系太阳能电池材料及其制备,相应的太阳能电池结构、性质及发展方向.性质及发展状况。联本掌握C1.S及C1.GS系太阳能电池材料及其制备，相应的太阳能电池结构、性演及发展方向.榴CIS及CIGS系太阳能电池材料及其制备，熟缥掌握有机太准确掌握布机太掌握有机太阳能基本掌握有机不能掌握有阳能电池的工作阳能电池的工作电池的工作原理太阳能电池的机太阳能电原理及内部电荷原理及内部电荷及内部电荷转移工作原理及内池的工作原转移过程.熟练掌转移过程.准确学过程”掌握常用的部电荷转移过埋及内部电教学目标握常用的有机太握常用的有机太有机太阳能电池程.基本掌握常荷转移过程.阳能电池材料。熟阳能电池材料。灌材料.掌握有机太用的有机太阳不能掌握常4练挈握有机太阳确掌握有机太阳阳能电池制备工能电池材料,初用的有机太能电池制备工艺能电池制备工22流程及制备系步具备对器件阳能电池材流程及制法系统.流程及制备系统，统，初步具分对器性能分析的能料.不具有对具；时器件性能分析的能力.具。对案件性能分析的能力.件性能分析的能力。力.零件性能分析的能力.七、软材、介考书目、要文献以及修程网络贯事建议教材：（1李伟等主编.太阳能电池材料及其应用.电子科技大学出版社，2014主要参考书：C）臊道样等主编.硅太阳能电池光伏材料.化学工业出版社，2015（21苏巴拉迈亚柯蒂加拉等主堀.薄膜太阳能电池材料.中国三峡出版社.2017（3）周丽梅等主编,铜钢铝晒（CIAS）薄膜太阳能电池关键材料-制瞽和性够化学工业出版社,2013（4）孙萌涛等主编.光诱将电荷转移原理和在有机太阳能电池中的应用.科学出版社,2017（5）马廷丽等主编.染料敏化太阳能电池一从理论基础到技术应用.化学工业出版社,2013重要文献；（1）材料科学与工程学报（2材料号报（3）科学通报（4）化学学报课程网络资源：(1)光伏亿家h1.tp:/wuw.so1.arzoom,corn/(2)北极星太阳能光伏网httpjguan(3)中国大学MOOC-薄膜太阳能电池http:/wu-Rr.icourse1.63.org/course/CS1.G1001753006