光伏電池原理與工藝課程產(chǎn)教融合教學改革實踐探索

杜文漢 肖進 陳磊 楊堅 楊帆

[摘? ? ? ? ? ?要]? 光伏電池原理與工藝課程是新能源科學與工程專業(yè)光伏技術方向最重要的一門專業(yè)課。該課程主要分為晶硅太陽電池、化合物太陽電池和新型太陽電池三大模塊。由于光伏技術產(chǎn)業(yè)化和應用的飛速進步，傳統(tǒng)的書本教學模式已經(jīng)不能滿足該課程的授課要求。為了提升學生學習本課程的效果，并且實現(xiàn)產(chǎn)教融合的教學過程，常州工學院新能源科學與工程專業(yè)針對該課程進行了校企聯(lián)合授課的改革，邀請隆基樂葉光伏科技有限公司的技術人員進行課堂授課，將光伏技術最新的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢帶入課堂教學中，有效提升了光伏電池原理與工藝課程的學習質量，初步培育學生的創(chuàng)新意識。

[關? ? 鍵? ?詞]? 光伏電池原理與工藝;產(chǎn)教融合;教學改革

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）31-0080-02

一、引言

新能源科學與工程（代碼080503T）是一門具有新工科背景的本科專業(yè)。從2012年教育部批準開設至2019年底，全國開設新能源科學與工程專業(yè)的高校數(shù)已達118所[1]。新能源科學與工程專業(yè)的主要專業(yè)方向包括太陽能、風能、生物質能、氫能、儲能和智能微電網(wǎng)等，其中以太陽能（含光伏）為主要專業(yè)方向本科高校達到99所，占比達到83.9%，成為新能源科學與工程專業(yè)中最主要的專業(yè)方向。作為新能源科學與工程專業(yè)太陽能（光伏）方向中至關重要的專業(yè)課程——光伏電池原理與工藝，其理論課和課內(nèi)實驗的教學效果將直接影響學生的學習效果和相關專業(yè)能力的培育。基于上述重要性，本文將從課程教學能力訓練和課內(nèi)實驗改革兩個方面探討光伏電池原理與工藝課程的教學實踐。

二、產(chǎn)教融合的授課實踐

（一）課程目標設置

課程目標1：通過學習光伏電池原理與工藝的理論知識，掌握光伏電池基本類型和發(fā)展現(xiàn)狀，并具備查找相關文獻資料對光伏行業(yè)發(fā)展趨勢進行分析研究的能力。

課程目標2：在課程教學中，能夠根據(jù)目標進行相關的調(diào)研設計。教會學生自主確定工程設計目標與任務，引導啟發(fā)學生主動培養(yǎng)創(chuàng)新能力的意識。

課程目標3：通過學習晶硅太陽能電池的發(fā)展史和世界太陽能電池產(chǎn)銷量等，掌握太陽能電池的發(fā)展規(guī)劃，樹立綠色發(fā)展理念和民族自信心。

（二）課程主要內(nèi)容

1.概論（緒論）

通過了解可再生能源的意義以及發(fā)展太陽能電池的必要性，掌握太陽光譜、太陽能輻射以及太陽能電池主要種類、技術概論與市場情況，掌握太陽能電池的研究及發(fā)展現(xiàn)狀。

2.太陽能電池的半導體物理基礎

通過學習半導體材料、晶體結構與能帶結構、電子傳輸性質、本征半導體與非本征半導體、半導體結，初步理解半導體與光的相互作用、載流子復合過程、半導體器件物理學的基本方程、半導體p-n結構與特性、半導體異質結和肖特基結等太陽能電池的最基本半導體物理基礎。

3.太陽能電池的基本原理、損失與測定

通過學習太陽能電池基本工作原理、效率損失、電性能參數(shù)、等效電路、電池效率的測定環(huán)境，串聯(lián)電阻與并聯(lián)電阻的來源，掌握太陽電池最基本的原理、電流損失來源和太陽電池效率測試的標準條件。

4.晶硅太陽能電池器件與制造工藝

通過學習多晶硅原料制造技術、單晶硅片制造技術、多晶硅片制造技術、晶硅太能電池的種類與結構、電池制備工藝以及電池的設計等晶硅電池的主要制備工藝，能掌握晶硅太陽電池最核心的生產(chǎn)技術。

5.非晶硅薄膜太陽能電池

了解非晶硅薄膜太陽能電池的發(fā)展背景，掌握非晶硅材料的結構與特性，非晶硅材料的光致衰退現(xiàn)象，非晶硅薄膜硅太陽能電池的結構、制備與特性，非晶硅薄膜太陽能電池的封裝技術。

6.前瞻硅基薄膜太陽能電池

了解結晶硅薄膜太陽能電池的發(fā)展背景，掌握結晶硅薄膜電池的種類、制備技術，微晶硅薄膜、多晶硅薄膜的制備技術，大面積硅基薄膜制備技術，硅基薄膜太陽能電池的發(fā)展趨勢。

7.染料敏化（鈣鈦礦）太陽能電池

了解染料敏化（鈣鈦礦）太陽能電池的發(fā)展歷史，掌握染料敏化（鈣鈦礦）太陽能電池的基本組成、工作原理與制備，染料敏化（鈣鈦礦）太陽能電池的研究重點與專利探討，以及國際研發(fā)現(xiàn)狀。

8.化合物太陽能電池

掌握化合物半導體，碲化鎘太陽能電池，銅銦硒太陽能電池，Ⅲ-Ⅴ族太陽能電池聚光太陽能電池的基本原理、機構與制備工藝以及未來發(fā)展趨勢。

（三）授課實踐總結

1.理論授課

授課過程加大學生調(diào)研分析能力訓練，要求學生通過調(diào)研分析掌握市場生產(chǎn)廠家、主要產(chǎn)品參數(shù)、主要技術優(yōu)勢等，從而從市場調(diào)研中掌握不同太陽能電池的應用優(yōu)勢、分析非晶硅電池被電站淘汰的原因、硅電池從多晶硅占主流到單晶硅占主流的轉化、單面發(fā)電到雙面發(fā)電的新型單晶硅電池等。

2.實踐訓練

通過學生進光伏發(fā)電原理與技術實驗室進行光伏電池原理（單晶硅片I-V曲線、填充因子FF、短路電流密度Jsc、短路電流Isc、光電轉換效率、太陽弱光、太陽強光）、晶硅電池組件性能等測試，培養(yǎng)太陽電池制備工藝、太陽電池測試標準、太陽電站串并聯(lián)設計等能力。