《薄膜太陽能技術》課程教學探討

張磊等

摘 要： 太陽能電池薄膜化是光伏行業發展的趨勢，因此，開設《薄膜太陽能技術》課程對培養發展型高素質光伏人才具有重要意義。本文結合本課程特點及人才培養要求，從理論教學、實踐教學、教學方法等方面提出一系列教學改革方法，強調教學過程應理論與實驗并重，注重提高學生動手能力與創新意識。

關鍵詞： 薄膜太陽能電池 教學探討 理論教學 實踐教學

一、引言

近年來光伏行業發展迅速，尤其長三角一帶很多光伏企業[1]。光伏行業的快速發展促使企業對具有光伏專業知識的人才需求量大增[2-4]。但是隨著歐美各國對我國光伏行業采取反傾銷、反補貼調查等一系列措施，使得我國光伏行業發展受挫。在這樣背景下，光伏企業必須進行產業結構升級才能在光伏行業中爭得一席之地。而薄膜光伏技術由于具有材料消耗少、成本低、發電效率較高的優點，成為光伏行業發展的大勢所趨[5-6]。因此，具有薄膜太陽能電池技術知識的人才在光伏行業中具有很大發展潛力?；诖?，常熟理工學院光伏科技學院開設了《薄膜太陽能技術》課程，為培養高素質應用型光伏人才奠定基礎。

二、對薄膜太陽能技術課程的探討

（一）薄膜太陽能技術課程的教學目的。

通過本課程學習，學生了解薄膜太陽能電池的發展歷史、產業現狀及發展方向，熟悉常見的薄膜太陽能電池類型，通過與傳統晶體硅太陽能電池對比掌握各種薄膜太陽能電池的發電原理、制備工藝及提高電池性能的關鍵因素。使學生對薄膜太陽能技術有較全面、系統的認識，為今后從事薄膜太陽能電池相關工作打下重要基礎。

（二）薄膜太陽能技術課程的基本內容。

薄膜太陽能電池，簡單從字面理解即將傳統太陽能電池薄膜化。然而在將太陽能電池薄膜化過程中，會有很多諸如如何在很薄情況下保證吸收層對入射光的充分吸收、如何減少不必要的光生載流子傳輸損失等物理問題，這些問題將對薄膜太陽能電池的性能產生很大影響。需要本課程與《半導體物理》、《固體物理》等課程緊密結合，內容上要做好相互銜接。同時，根據培養應用型人才的目標，還應使學生對薄膜太陽能電池的制備工藝、制備過程中應注意的問題及電池工藝的改進有深入了解。因此，本課程應涉及以下幾方面教學內容。

1.薄膜太陽能電池及薄膜材料

介紹與傳統晶體硅太陽能電池相比薄膜太陽能電池的特點及適合做薄膜太陽能電池吸收層、發射極的薄膜材料須具備的光、電性能。

2.晶硅薄膜太陽能技術

介紹外延晶硅薄膜太陽能電池、異質襯底晶硅薄膜太陽能電池及多晶硅薄膜太陽能電池的特點及制備工藝。

3.微晶硅薄膜太陽能電池

介紹微晶硅薄膜制備技術、薄膜的微結構特征、光電性能及電池結構特點。

4.非晶硅薄膜太陽能電池

介紹非晶硅薄膜的太陽能電池的發展歷史、薄膜微結構、非晶硅薄膜單節及疊層太陽能電池結構和設計原則，最后概述目前非晶硅薄膜太陽能電池產業化生產情況。

5.銅銦鎵硒薄膜太陽能電池

介紹銅銦鎵硒薄膜電池的特點、制備工藝、產業化生產概況及發展方向。

6.碲化鎘薄膜太陽能電池

介紹碲化鎘薄膜的光電特性、電池結構、電池制備及處理工藝。

這幾部分內容中，第一部分是與薄膜太陽能電池相關的理論基礎，是學生學習后面知識的前提；晶硅薄膜太陽能電池中的三種太陽能電池主要根據薄膜的襯底類型、加工工藝進行區分，制備的薄膜均屬于廣義多晶硅薄膜太陽能電池范疇。需要學生對這幾種薄膜太陽能電池進行區分并掌握不同種類太陽能電池的制備工藝要求；微晶硅薄膜太陽能電池是目前最有發展前景的薄膜太陽能電池技術之一，需要學生重點掌握微晶硅薄膜的能帶結構、光電性能及這種電池器件結構的特點及關鍵制備工藝；非晶硅薄膜是目前產業化生產最成熟的一種薄膜太陽能電池，因此本部分內容與產業化生產最密切，需要學生重點掌握非晶硅薄膜的微結構、光電性能尤其是光致衰減效應、電池結構及制備工藝參數對薄膜性能的影響規律；而銅銦鎵硒薄膜太陽能電池是另一種已成功實現產業化生產的薄膜太陽能電池，目前國內也已經有企業著手發展這種薄膜太陽能電池，需要學生掌握銅銦鎵硒薄膜太陽能電池的制備工藝、異質結結構特點等內容；碲化鎘薄膜太陽能電池是一種比較有潛力的薄膜太陽能電池，在一些特殊領域有一定的應用前景，需要學生了解其電池結構及制備工藝。

三、薄膜太陽能電池技術教學實施建議

通過對以上教學目的及教學內容的分析可知，薄膜太陽能技術是一門與實際結合緊密、實踐性較強的工科課程。本課程的教學和學習效果強弱直接決定培養目標能否順利實現。因此，實際教學過程中充分調動學生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，多方位、多層次培養學生的思維方式，使學生在具備扎實理論基礎知識上培養其實驗操作技能，提高理論與實際相結合的能力，成為具有一定創新能力的應用型人才。對于這門課程的教學，我們可以從以下三方面進行教學改革。

（一）教學方法上，根據本課程的特點采用案例式、討論式教學，強化課堂小組討論。

上課過程中，理論知識比較抽象，學生理解起來有一定困難。可以在講解基本理論知識的同時，將理論知識和生活中的具體事例聯系起來，促進學生對基礎理論知識的理解，激發學生的學習興趣。講解具體薄膜太陽能電池制備過程時可以找一些相應視頻、圖片資料，以直觀形式展現具體的制備流程，增進學生對電池制備流程的理解。同時，積極開展討論式教學，將學生分成若干小組，給每個小組同學布置一個題目，組內同學通過調研完成該題目并以PPT形式講解給其他同學，最后教師對各小組結果進行總結，這樣可以有效激發同學們的求知欲。

（二）加強實踐教學，提高學生的實際操作能力和創新能力。

《薄膜太陽能技術》是一門與實踐結合緊密、著重培養學生對課堂知識進行實際應用能力的課程。在薄膜太陽能技術教學過程中積極開展實踐教學有利于學生對理論知識的理解，提高學生的實際動手能力。在實驗教學過程中適當調節驗證性實驗和研究性實驗的比例，充分發揮學生的主觀能動性。同時可以讓從事薄膜太陽能電池相關研究的教師參與實驗教學，以科研反哺教學，提高學生的創新實踐能力。此外可以設置一些開放性實驗，調動學生的主動性、積極性和創造性，激發學生的創新思維和創新意識，使學生掌握考慮問題、解決問題的方法。

（三）改進課程的考核方式。

本課程學生成績由平時成績、實驗成績和期末成績三部分組成。如前所述，《薄膜太陽能技術》是一門與實踐結合緊密的課程，在堅持理論教學與實踐教學并重的基礎上，根據培養應用型人才的目標，應適當提高實驗成績在總成績中所占的比重。本課程考核以百分制記，其中平時成績和實驗成績各占20%，期末成績占60%。其中，平時成績按照平時作業、課堂表現和上課出勤等情況綜合評定，實驗成績主要考查學生的實驗動手能力和理論知識的實際應用能力。

四、結語

上好《薄膜太陽能技術》這門課需要教師明確該課程的教學目的，根據人才培養目標適當選擇教學內容，同時關注薄膜太陽能電池行業的發展動態，使本課程教學與行業的發展很好地對接。教學過程中，應理論與實驗并重，并著重培養學生理論結合實踐的能力，使學生成為光伏行業具有良好發展潛力的應用型人才。

參考文獻：

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[3]林濤，段春艷，盧東亮，等.以“項目驅動法”為核心的光伏應用技術專業核心課程體系與教學設計[J].新課程，2013，4：2.

[4]張巧杰，白連平，楊秀媛.太陽能光伏發電技術課程改革初探[J].教育教學論壇，2014，49：131-132.

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[6]鐘建，顧可可，于軍勝，等.薄膜太陽能光伏器件工藝制備及測試實驗教學平臺[J].實驗技術與管理，2014，31，（6）：183-185.