《太陽能光伏原理與技術(shù)》課程教學(xué)大綱

PAGEPAGE6太陽能光伏原理與技術(shù)課程教學(xué)大綱(Photovoltaticprinciplesandtechnologyofsolarenergy)學(xué)時數(shù)：32其中：實驗學(xué)時：0課外學(xué)時：0學(xué)分?jǐn)?shù)：2適用專業(yè)：光源與照明一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)本課程是為光源與照明專業(yè)本科生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，重點敘述太陽能電池的基本工作原理和設(shè)計、采用的電池制造工藝和實施的改進工藝以及應(yīng)用太陽能電池的系統(tǒng)設(shè)計等；綜合論述了太陽光的性質(zhì)、構(gòu)成太陽能電池半導(dǎo)體材料的有關(guān)性質(zhì)以及兩者之間的相互作用，并詳細論述了太陽能電池設(shè)計中的重要因素、現(xiàn)行的電池制造工藝以及未來可能的工藝和太陽能電池系統(tǒng)的應(yīng)用等。開設(shè)本課程的目的是使學(xué)生獲得必要的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的基本理論、基本知識和基本技能，為從事光伏方向的技術(shù)工作，學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下基礎(chǔ)。其任務(wù)是使學(xué)生掌握太陽電池材料的制備技術(shù)、表征手段以及太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用，能夠進行基本的太陽電池性能測試及太陽電池組件封裝，并具備太陽能光伏系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的技能。二、課程教學(xué)的基本要求（一）掌握太陽常數(shù)，陽光的物理來源，地球表面的日照強度。（二）掌握載流子濃度，摻雜半導(dǎo)體中費米能級的位置，載流子的傳輸。（三）掌握輻射復(fù)合、俄歇復(fù)合、經(jīng)由陷阱的復(fù)合、表面復(fù)合的復(fù)合過程。（四）掌握太陽能電池的輸出參數(shù)、光照特性、有限電池尺寸對的影響。（五）掌握短路電流、開路電壓和效率的概念，黑體電池的效率極限。（六）掌握太陽能電池封裝成太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)、工作溫度、耐久性、電路設(shè)計。（七）掌握太陽能電池級硅片的要求、鑄錠工藝、帶狀硅的特點。（八）掌握太陽能電池上電極的設(shè)計、光學(xué)設(shè)計以及光譜響應(yīng)。（九）掌握同質(zhì)結(jié)、半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)、金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)特征。三、課程的教學(xué)內(nèi)容、重點和難點第1章太陽能電池和太陽光1.1引言1.2太陽能電池發(fā)展概況1.3陽光的物理來源1.4太陽常數(shù)1.5地球表面的日照強度1.6直接輻射和漫射輻射1.7太陽的視運動1.8日照數(shù)據(jù)重點：太陽能電池的發(fā)展概況、地球表面的日照強度、日照數(shù)據(jù)。難點：陽光的物理來源、太陽常數(shù)、太陽的視運動、直接輻射和漫射輻射。第2章半導(dǎo)體的特性2.1引言2.2晶體的結(jié)構(gòu)和取向2.3禁帶寬度2.4允許能態(tài)的占有幾率2.5電子和空穴2.6電子和空穴的動力學(xué)2.7允許態(tài)的能量密度2.8電子和空穴的密度2.9Ⅳ族半導(dǎo)體的鍵模型2.10Ⅲ族和Ⅴ族摻雜劑2.11載流子濃度2.12摻雜半導(dǎo)體中費米能級的位置2.13其他類型雜質(zhì)的影響2.14載流子的傳輸重點：禁帶寬度、電子和空穴、電子和空穴的密度、Ⅲ族和Ⅴ族摻雜劑、載流子濃度、摻雜半導(dǎo)體中費米能級的位置、載流子的傳輸。難點：晶體的結(jié)構(gòu)和取向、允許能態(tài)的占有幾率、電子和空穴的動力學(xué)、允許態(tài)的能量密度、Ⅳ族半導(dǎo)體的鍵模型、其他類型雜質(zhì)的影響。第3章產(chǎn)生、復(fù)合及器件物理學(xué)的基本方程3.1引言3.2光與半導(dǎo)體的相互作用3.3光的吸收3.4復(fù)合過程3.5半導(dǎo)體器件物理學(xué)的基本方程重點：光與半導(dǎo)體的相互作用、光的吸收、復(fù)合過程。難點：半導(dǎo)體器件物理學(xué)的基本方程。第4章p-n結(jié)二極管4.1引言4.2p-n結(jié)的靜電學(xué)4.3結(jié)電容4.4載流子注入4.5準(zhǔn)中性區(qū)內(nèi)的擴散流4.6暗特性4.7光照特性4.8太陽能電池的輸出參數(shù)4.9有限電池尺寸對的影響重點：p-n結(jié)的靜電學(xué)、載流子注入、暗特性、光照特性、太陽能電池的輸出參數(shù)。難點：結(jié)電容、準(zhǔn)中性區(qū)內(nèi)的擴散流、有限電池尺寸對的影響。第5章效率的極限、損失和測量5.1引言5.2效率的極限5.3溫度的影響5.4效率損失5.5效率測量重點：效率的極限、效率損失、效率測量。難點：溫度的影響。第6章標(biāo)準(zhǔn)硅太陽能電池工藝6.1引言6.2由砂還原為冶金級硅6.3冶金級硅提純?yōu)榘雽?dǎo)體級硅6.4半導(dǎo)體級多晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉Ч杵?.5單晶硅片制成太陽能電池6.6太陽能電池封裝成太陽能電池組件6.7能量收支結(jié)算重點：由砂還原為冶金級硅、冶金級硅提純?yōu)榘雽?dǎo)體級硅、半導(dǎo)體級多晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉Ч杵?、單晶硅片制成太陽能電池。難點：太陽能電池封裝成太陽能電池組件、能量收支結(jié)算。第7章硅電池工藝的改進7.1引言7.2太陽能電池級硅7.3硅片7.4電池的制造和互聯(lián)7.5候選工廠的分析重點：太陽能電池級硅、硅片。難點：電池的制造和互聯(lián)、候選工廠的分析。第8章硅太陽能電池的設(shè)計8.1引言8.2主要參量8.3襯底的摻雜8.4背面場8.5頂層的限制8.6上電極的設(shè)計8.7光學(xué)設(shè)計8.8光譜響應(yīng)重點：上電極的設(shè)計、光學(xué)設(shè)計、光譜響應(yīng)。難點：襯底的摻雜、背面場、頂層的限制?！?章其他器件結(jié)構(gòu)9.1引言9.2同質(zhì)結(jié)9.3半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)9.4金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)9.5實用的低電阻接觸9.6MIS太陽能電池9.7光電化學(xué)電池重點：同質(zhì)結(jié)、半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)、金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)。難點：實用的低電阻接觸、MIS太陽能電池、光電化學(xué)電池?！?0章其他半導(dǎo)體10.1引言10.2多晶硅10.3非晶硅10.4砷化鎵太陽能電池10.5硫化銅/硫化鎘太陽能電池重點：多晶硅、非晶硅。難點：砷化鎵太陽能電池、硫化銅/硫化鎘太陽能電池?！?1章聚光型系統(tǒng)11.1引言11.2理想聚光器11.3固定式和定期調(diào)整式聚光器11.4跟蹤式聚光器11.5聚光電池設(shè)計11.6超高效率系統(tǒng)重點：理想聚光器、固定式和定期調(diào)整式聚光器、跟蹤式聚光器。難點：聚光電池設(shè)計、超高效率系統(tǒng)?！?2章光伏系統(tǒng)的組成和應(yīng)用12.1引言12.2能量的儲存12.3功率調(diào)節(jié)裝置12.4光伏應(yīng)用重點：能量的儲存、光伏應(yīng)用。難點：功率調(diào)節(jié)裝置?！?3章獨立光伏系統(tǒng)的設(shè)計13.1引言13.2太陽能電池組件的性能13.3蓄電池的性能13.4功率控制13.5系統(tǒng)規(guī)模的制定13.6光伏水泵重點：太陽能電池組件的性能、蓄電池的性能。難點：功率控制、系統(tǒng)規(guī)模的制定、光伏水泵?！?4章住宅用和集中型光伏電力系統(tǒng)14.1引言14.2住宅用系統(tǒng)14.3集中型發(fā)電站重點：住宅用系統(tǒng)。難點：集中型發(fā)電站。四、課程各教學(xué)環(huán)節(jié)要求本課程以課堂教學(xué)為主。由于太陽能光伏技術(shù)與日常生活密切相關(guān)，因此在教學(xué)過程中，應(yīng)注意理論聯(lián)系實際，特別是應(yīng)將我國主要太陽能光伏產(chǎn)業(yè)布局和產(chǎn)業(yè)特點穿插講解，擴大學(xué)生的知識面。本課程課堂講授40學(xué)時。五、學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時分配作業(yè)題量備注章節(jié)主要內(nèi)容講授實驗討論習(xí)題課外其它小計1太陽能電池和太陽光222半導(dǎo)體的特性4153產(chǎn)生、復(fù)合、基本方程4154p-n結(jié)二極管4155效率的極限、損失2136標(biāo)準(zhǔn)硅太陽能電池工藝2137硅電池工藝的改進2138硅太陽能電池的設(shè)計426合計24832六、課程與其它課程的聯(lián)系本課程是在學(xué)生掌握了大學(xué)物理、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、固體物理等課程的基礎(chǔ)上開設(shè)的。本課程的學(xué)習(xí)有助于學(xué)生了解光電檢測技術(shù)、有機LED顯示原理與技術(shù)、光源照明與燈具設(shè)計等課程中器件結(jié)構(gòu)和制作工藝，可與上述課程平行開設(shè)。七、教材與教學(xué)參考書（一）教材Martin.A.Green．太陽能電池工作原理、技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)用．上海：上海交通大學(xué)出版社，2010．（二）教學(xué)參考書[1]楊金煥，于化從，葛亮．太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)．北京：電子工業(yè)出版社，2009．[2]王長貴，王斯成．太陽能光伏發(fā)電實用技術(shù)（第二版）．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009．[3]TomMarkvart、LuisCastaner、梁駿吾等．太陽電池：材料、