《光伏技術》課程教學的探討

解其云

摘 要：《光伏技術》課程教學對光伏相關技術人才的培養至關重要。結合這門課的特點以及人才培養的需求，要上好這門課，教師必須明確教學目的，并結合專業實際情況合理安排教學內容。在教學過程中注重培養學生建立系統的知識體系，強化課堂小組討論，推進實驗教學，鼓勵學生開展自主性探索實驗，改進考核辦法，從而為培養創新型光伏技術人才打下良好基礎。

關鍵詞：光伏技術；教學探討；能力提高

Studying on the teaching of “photovoltaic technology”curriculum

Xie Qiyun（College of Electronic Science and Engineering，

Nanjing University of Posts & Telecommunications，Nanjing 210046，P.R.China）

Abstract：The teaching of“Photovoltaic technology”is very important to train the students to have good skills of advanced photovoltaic technology. Combing the characteristic of this course and high demand of talented students， the purpose of teaching should be definitely defined and the contents should be selected according to physical truth of the specialty. Moreover， in order to culture the students with creative capability， the teachers should train the student to have a body of systematized knowledge，pay more attention to group discussion and experimental teaching，encourage the students to participate in discovering experiments and improve the assessment mode.

Key words：photovoltaic technology；teaching discussion；creative capability training

1 引言

在傳統能源逐步枯竭、環境問題逐年加劇之際，可再生能源特別是太陽能的利用為人類提供了解決危機的途徑。我國政府已將太陽能光伏產業定位為國家七大新型戰略產業之一。太陽能電池[1，2]是光伏發電系統的核心，它以半導體為媒介，實現光能與電能的直接轉換。然而，在太陽能電池產業蓬勃發展的同時，國內專業人才的數量可謂捉襟見肘，因此人才的培養已成為當務之急。目前，《光伏技術》已經成為新能源、光電信息，光電子材料與器件等高等教育專業的必修或選修課程。

2 對光伏技術課程的探討

2.1 光伏技術課程的教學目的

通過本課程的學習，讓學生了解太陽能電池的發展歷史，掌握太陽能電池制備的原理、現行太陽能電池的制造工藝、未來高效率低成本太陽能電池設計的思路以及光伏系統應用上的重要設計考慮等。使學生對光伏技術有較全面、系統的認識，為今后從事光伏相關的研發工作打下重要的基礎。

2.2 光伏技術課程的基本內容

太陽能電池的本質是半導體二極管，因此本課程與《固體物理》，《半導體物理》等課程具有密切的聯系，在課程內容上需要和《固體物理》，《半導體物理》等課程知識進行銜接。此外，各高校的專業類型或是課時安排存在一定差異，從而課程內容設置上可能存在一定差異。比如對于研究型的專業來說，教學上需要在材料的基本性能、制備原理與性能改進方面有所側重，而應用型的專業則需要讓學生對電池工藝改進和光伏系統的應用有深入的了解。但不管怎樣，要達到本課程的教學目的，以下幾方面的內容在教學過程中需要涉及[3，4]：

2.2.1 太陽能電池和太陽光

介紹太陽能電池的發展概況，太陽能電池的結構，太陽能常數的計算方法和估測大氣光學質量的方法。

2.2.2 半導體的特性

介紹半導體的晶體結構和電子能帶結構，載流子傳輸中所涉及到的漂移和擴散過程，半導體的光吸收和復合過程。

2.2.3 p-n結二極管

介紹本征半導體、p型半導體和n型半導體的結構，p-n結的形成方法，能p-n結二極管無光照和受光照時的理想電流-電壓特性，太陽能電池的輸出參數。

2.2.4 效率的極限、損失和測量

介紹為什么太陽能電池效率存在極限，太陽能參數對效率的影響機制，太陽能電池的等效電路，太陽能電池效率的測量原理。

2.2.5 標準硅太陽能電池工藝和薄膜太陽能電池

介紹晶體硅的基本性質和制備工藝流程，非晶硅太陽能電池結構以及工作原理，GdTe，GaAs等薄膜太陽能電池的基本結構和工作原理。

2.2.6 光伏系統的組成與應用

介紹光伏系統所需要的部件，整個系統的性能和商業化生產的可能性。

3 光伏技術課程教學實施建議

課堂教學是學生和老師圍繞教學所開展的交流過程，教學不是獨白，新時期大學教師的責任也遠遠超過傳統意義上的“傳道、授業，解惑也”。大學課堂的教學方式需要更加多元化，充分調動學生的學習積極性和主觀能動性，利用課堂教學引導學生獨立思考，從多方位、多層次培養學生的思維方式，使其具有扎實的學科基礎知識、良好的理論素養和相關實驗技能的創新型人才。對于光伏技術這門課的教學來說，我們可以從以下幾個方面入手：

3.1 培養學生建議系統的知識體系，重視知識更新

光伏技術與固體物理和半導體物理等課程間具有緊密的聯系。比如Si，GaAs等太陽能電池材料都是很常見的半導體材料，具有一般半導體材料的基本性質。因而教師可以從學生已建立的半導體知識框架體系出發再逐步引導過渡到光伏電池的知識體系，由簡單到復雜，由已知的到未知的，讓學生從內心豎立學習這門課的信心，培養學生建立系統化的知識體系。為了適應學科建設和人才培養的要求，內容陳舊的內容可以壓縮課時少講，把能夠充分反應光伏領域的前沿科學問題以及光伏相關產業的新發展和新趨勢融入到教學的內容中來，這樣有利于加強學生科學素質和創新能力的培養。比如對于光伏領域來說，目前主力軍是第一代晶體硅太陽能電池，產業界所獲得的電池效率已基本跟上實驗室的標準。但光伏技術的發展日新月異，產業界追求的最終目的是高效率低成本。這就需要我們對第二代薄膜太陽能電池甚至是第三代量子點太陽能電池繼續開展深入的研究。因此在教學過程中，教師在以晶體硅電池作為示范來介紹太陽能電池的工作原理和制備工藝后，應該進一步講授光伏新技術的發展和應用，拓寬學生的知識面。

3.2 強化課堂小組討論，課后實際調研

教師要積極給學生創造寬松、活躍的學習氛圍，鼓勵開展多種形式的課程學習方式，如專題講座、興趣小組、專題閱讀等。對于光伏工藝中涉及到的如何減少表面反射率的專題，建議可以采取研討的方式講授，讓學生們分成小組，每一個組調研一種可以實現減小反射的工藝，組內的同學分工合作調研后做成PPT再在課堂上給其他學生進行講解，最后由教師對各個小組的調研成果進行總結。研討的教學方式，可以激發學生的學習興趣和求知欲望。學生對某個專題進行調研，實際上就是一種目的明確的科研鍛煉，每一個小組就是一個科研小組。整個調研過程能讓學生切切實實感受到做科研的精神，學會怎么去研究，怎么去合作交流，進一步培養他們獨立分析問題和解決問題的能力。把調研過后的內容再以準教師的身份和大家分享，這又無疑鍛煉了學生的口頭表達能力。注重課堂討論，課后調研的教學能讓學生充分感受到探索科學的精神和樂趣，激發創新的愿望，為培養成光伏研究型人才打下基礎。

3.3 增強實驗教學，提高動手能力

《光伏技術》課程是一門實踐性很強的課，實驗教學有利于加深學生對所學的理論知識的理解。在光伏技術實驗教學中，教師需要加強實驗教學理念的改革，減少驗證性的實驗，而多開設學生主導研究型實驗，可以讓具有高專業知識背景的骨干教師參與實驗教學和指導學生。他們的言傳身教使學生在掌握基礎知識和基本技能的同時，也受到初步的科學研究方法方面的訓練，從而提高學生的能力。《光伏技術》可開設的實驗很多：如硅太陽能電池制備、電池效率測量、減反膜厚度與折射率測量等等。光伏領域背后的強大利潤推動企業盡快掌握更好的專利技術，因此許多企業都傾向于與高校聯合設立實驗室，高校在企業中也設立了長期穩定的實習基地。這就給學生提供了更好的鍛煉機會，把實驗室的結果進一步向產線推進，使學生的知識、素質和技能相輔相成，全面發展，這也體現出教學注重知識與實際生活和科技進步緊密聯系的獨特理念。不僅僅是學生，我們的教師也應該經常到相關企業學習，參加專業性的學術會議，積極和同行交流，充實自己。

3.4 改進教學評價

本課程的學生成績由平時成績，實驗成績和期末成績三部分組成，根據考核方式，其中平時成績和實驗成績各占總成績的20%，期末成績占總成績的60%。成績以百分制記。平時成績由平時作業、出勤、課堂表現等綜合評定，實驗成績要注重考查學生的動手能力。

4 總結

總之，要上好《光伏技術》這門課程，要明確該課程的教學目的，根據實際需要選取合適的課程教學內容，拓寬學生的知識面。在課程教學中，重視學生理論水平、實驗技術和創新能力的培養，重視學生實際動手能力的提高，使其成為具備光伏知識背景的高素質創新型人才。

[參考文獻]

[1]熊紹珍，朱美芳.《太陽能電池基礎與應用》.北京：科學出版，2009年，第1版.

[2]徐云遠.《太陽能電池的研究進展》.《商品與質量：學術觀察》，2013年第4期，87-88.

[3]Martin A.Green，狄大衛，曹昭楊，李秀文，謝鴻李.《太陽能電池工作原理、技術與系統應用》.上海：上海交通大學出版社，2012年，第1版.

[4]楊德仁.《太陽能電池材料》.北京：化學工業出版社，2009年，第1版.