《太陽能光伏原理與技術》課程教學大綱

PAGEPAGE6太陽能光伏原理與技術課程教學大綱(Photovoltaticprinciplesandtechnologyofsolarenergy)學時數(shù)：32其中：實驗學時：0課外學時：0學分數(shù)：2適用專業(yè)：光源與照明一、課程的性質、目的和任務本課程是為光源與照明專業(yè)本科生開設的專業(yè)基礎課，重點敘述太陽能電池的基本工作原理和設計、采用的電池制造工藝和實施的改進工藝以及應用太陽能電池的系統(tǒng)設計等；綜合論述了太陽光的性質、構成太陽能電池半導體材料的有關性質以及兩者之間的相互作用，并詳細論述了太陽能電池設計中的重要因素、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)的應用等。開設本課程的目的是使學生獲得必要的太陽能光伏發(fā)電技術的基本理論、基本知識和基本技能，為從事光伏方向的技術工作，學習后續(xù)課程打下基礎。其任務是使學生掌握太陽電池材料的制備技術、表征手段以及太陽能光伏系統(tǒng)的設計與應用，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)化設計的技能。二、課程教學的基本要求（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，摻雜半導體中費米能級的位置，載流子的傳輸。（三）掌握輻射復合、俄歇復合、經由陷阱的復合、表面復合的復合過程。（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構、工作溫度、耐久性、電路設計。（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計、光學設計以及光譜響應。（九）掌握同質結、半導體異質結、金屬-半導體異質結的結構特征。三、課程的教學內容、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章半導體的特性2.1引言2.2晶體的結構和取向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摻雜半導體中費米能級的位置2.13其他類型雜質的影響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、摻雜半導體中費米能級的位置、載流子的傳輸。難點：晶體的結構和取向、允許能態(tài)的占有幾率、電子和空穴的動力學、允許態(tài)的能量密度、Ⅳ族半導體的鍵模型、其他類型雜質的影響。第3章產生、復合及器件物理學的基本方程3.1引言3.2光與半導體的相互作用3.3光的吸收3.4復合過程3.5半導體器件物理學的基本方程重點：光與半導體的相互作用、光的吸收、復合過程。難點：半導體器件物理學的基本方程。第4章p-n結二極管4.1引言4.2p-n結的靜電學4.3結電容4.4載流子注入4.5準中性區(qū)內的擴散流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結的靜電學、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：結電容、準中性區(qū)內的擴散流、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章標準硅太陽能電池工藝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w級硅6.4半導體級多晶硅轉變?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能量收支結算重點：由砂還原為冶金級硅、冶金級硅提純?yōu)榘雽w級硅、半導體級多晶硅轉變?yōu)閱尉Ч杵尉Ч杵瞥商柲茈姵?。難點：太陽能電池封裝成太陽能電池組件、能量收支結算。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上電極的設計8.7光學設計8.8光譜響應重點：上電極的設計、光學設計、光譜響應。難點：襯底的摻雜、背面場、頂層的限制?！?章其他器件結構9.1引言9.2同質結9.3半導體異質結9.4金屬-半導體異質結9.5實用的低電阻接觸9.6MIS太陽能電池9.7光電化學電池重點：同質結、半導體異質結、金屬-半導體異質結。難點：實用的低電阻接觸、MIS太陽能電池、光電化學電池。※第10章其他半導體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。※第11章聚光型系統(tǒng)11.1引言11.2理想聚光器11.3固定式和定期調整式聚光器11.4跟蹤式聚光器11.5聚光電池設計11.6超高效率系統(tǒng)重點：理想聚光器、固定式和定期調整式聚光器、跟蹤式聚光器。難點：聚光電池設計、超高效率系統(tǒng)?！?2章光伏系統(tǒng)的組成和應用12.1引言12.2能量的儲存12.3功率調節(jié)裝置12.4光伏應用重點：能量的儲存、光伏應用。難點：功率調節(jié)裝置?！?3章獨立光伏系統(tǒng)的設計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。※第14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、課程各教學環(huán)節(jié)要求本課程以課堂教學為主。由于太陽能光伏技術與日常生活密切相關，因此在教學過程中，應注意理論聯(lián)系實際，特別是應將我國主要太陽能光伏產業(yè)布局和產業(yè)特點穿插講解，擴大學生的知識面。本課程課堂講授40學時。五、學時分配教學內容各教學環(huán)節(jié)學時分配作業(yè)題量備注章節(jié)主要內容講授實驗討論習題課外其它小計1太陽能電池和太陽光222半導體的特性4153產生、復合、基本方程4154p-n結二極管4155效率的極限、損失2136標準硅太陽能電池工藝2137硅電池工藝的改進2138硅太陽能電池的設計426合計24832六、課程與其它課程的聯(lián)系本課程是在學生掌握了大學物理、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、固體物理等課程的基礎上開設的。本課程的學習有助于學生了解光電檢測技術、有機LED顯示原理與技術、光源照明與燈具設計等課程中器件結構和制作工藝，可與上述課程平行開設。七、教材與教學參考書（一）教材Martin.A.Green．太陽能電池工作原理、技術和系統(tǒng)應用．上海：上海交通大學出版社，2010．（二）教學參考書[1]楊金煥，于化從，葛亮．太陽能光伏發(fā)電應用技術．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（第二版）．北京：化學工業(yè)出版社，2009．[3]TomMarkvart、LuisCastaner、梁駿吾等．太陽電池：材料、