论文部分内容阅读
摘 要： 太阳能电池薄膜化是光伏行业发展的趋势，因此，开设《薄膜太阳能技术》课程对培养发展型高素质光伏人才具有重要意义。本文结合本课程特点及人才培养要求，从理论教学、实践教学、教学方法等方面提出一系列教学改革方法，强调教学过程应理论与实验并重，注重提高学生动手能力与创新意识。
关键词： 薄膜太阳能电池 教学探讨 理论教学 实践教学
一、引言
近年来光伏行业发展迅速，尤其长三角一带很多光伏企业[1]。光伏行业的快速发展促使企业对具有光伏专业知识的人才需求量大增[2-4]。但是随着欧美各国对我国光伏行业采取反倾销、反补贴调查等一系列措施，使得我国光伏行业发展受挫。在这样背景下，光伏企业必须进行产业结构升级才能在光伏行业中争得一席之地。而薄膜光伏技术由于具有材料消耗少、成本低、发电效率较高的优点，成为光伏行业发展的大势所趋[5-6]。因此，具有薄膜太阳能电池技术知识的人才在光伏行业中具有很大发展潜力。基于此，常熟理工学院光伏科技学院开设了《薄膜太阳能技术》课程，为培养高素质应用型光伏人才奠定基础。
二、对薄膜太阳能技术课程的探讨
（一）薄膜太阳能技术课程的教学目的。
通过本课程学习，学生了解薄膜太阳能电池的发展历史、产业现状及发展方向，熟悉常见的薄膜太阳能电池类型，通过与传统晶体硅太阳能电池对比掌握各种薄膜太阳能电池的发电原理、制备工艺及提高电池性能的关键因素。使学生对薄膜太阳能技术有较全面、系统的认识，为今后从事薄膜太阳能电池相关工作打下重要基础。
（二）薄膜太阳能技术课程的基本内容。
薄膜太阳能电池，简单从字面理解即将传统太阳能电池薄膜化。然而在将太阳能电池薄膜化过程中，会有很多诸如如何在很薄情况下保证吸收层对入射光的充分吸收、如何减少不必要的光生载流子传输损失等物理问题，这些问题将对薄膜太阳能电池的性能产生很大影响。需要本课程与《半导体物理》、《固体物理》等课程紧密结合，内容上要做好相互衔接。同时，根据培养应用型人才的目标，还应使学生对薄膜太阳能电池的制备工艺、制备过程中应注意的问题及电池工艺的改进有深入了解。因此，本课程应涉及以下几方面教学内容。
1.薄膜太阳能电池及薄膜材料
介绍与传统晶体硅太阳能电池相比薄膜太阳能电池的特点及适合做薄膜太阳能电池吸收层、发射极的薄膜材料须具备的光、电性能。
2.晶硅薄膜太阳能技术
介绍外延晶硅薄膜太阳能电池、异质衬底晶硅薄膜太阳能电池及多晶硅薄膜太阳能电池的特点及制备工艺。
3.微晶硅薄膜太阳能电池
介绍微晶硅薄膜制备技术、薄膜的微结构特征、光电性能及电池结构特点。
4.非晶硅薄膜太阳能电池
介绍非晶硅薄膜的太阳能电池的发展历史、薄膜微结构、非晶硅薄膜单节及叠层太阳能电池结构和设计原则，最后概述目前非晶硅薄膜太阳能电池产业化生产情况。
5.铜铟镓硒薄膜太阳能电池
介绍铜铟镓硒薄膜电池的特点、制备工艺、产业化生产概况及发展方向。
6.碲化镉薄膜太阳能电池
介绍碲化镉薄膜的光电特性、电池结构、电池制备及处理工艺。
这几部分内容中，第一部分是与薄膜太阳能电池相关的理论基础，是学生学习后面知识的前提；晶硅薄膜太阳能电池中的三种太阳能电池主要根据薄膜的衬底类型、加工工艺进行区分，制备的薄膜均属于广义多晶硅薄膜太阳能电池范畴。需要学生对这几种薄膜太阳能电池进行区分并掌握不同种类太阳能电池的制备工艺要求；微晶硅薄膜太阳能电池是目前最有发展前景的薄膜太阳能电池技术之一，需要学生重点掌握微晶硅薄膜的能带结构、光电性能及这种电池器件结构的特点及关键制备工艺；非晶硅薄膜是目前产业化生产最成熟的一种薄膜太阳能电池，因此本部分内容与产业化生产最密切，需要学生重点掌握非晶硅薄膜的微结构、光电性能尤其是光致衰减效应、电池结构及制备工艺参数对薄膜性能的影响规律；而铜铟镓硒薄膜太阳能电池是另一种已成功实现产业化生产的薄膜太阳能电池，目前国内也已经有企业着手发展这种薄膜太阳能电池，需要学生掌握铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备工艺、异质结结构特点等内容；碲化镉薄膜太阳能电池是一种比较有潜力的薄膜太阳能电池，在一些特殊领域有一定的应用前景，需要学生了解其电池结构及制备工艺。
三、薄膜太阳能电池技术教学实施建议
通过对以上教学目的及教学内容的分析可知，薄膜太阳能技术是一门与实际结合紧密、实践性较强的工科课程。本课程的教学和学习效果强弱直接决定培养目标能否顺利实现。因此，实际教学过程中充分调动学生学习积极性和主观能动性，利用课堂教学引导学生独立思考，多方位、多层次培养学生的思维方式，使学生在具备扎实理论基础知识上培养其实验操作技能，提高理论与实际相结合的能力，成为具有一定创新能力的应用型人才。对于这门课程的教学，我们可以从以下三方面进行教学改革。
（一）教学方法上，根据本课程的特点采用案例式、讨论式教学，强化课堂小组讨论。
上课过程中，理论知识比较抽象，学生理解起来有一定困难。可以在讲解基本理论知识的同时，将理论知识和生活中的具体事例联系起来，促进学生对基础理论知识的理解，激发学生的学习兴趣。讲解具体薄膜太阳能电池制备过程时可以找一些相应视频、图片资料，以直观形式展现具体的制备流程，增进学生对电池制备流程的理解。同时，积极开展讨论式教学，将学生分成若干小组，给每个小组同学布置一个题目，组内同学通过调研完成该题目并以PPT形式讲解给其他同学，最后教师对各小组结果进行总结，这样可以有效激发同学们的求知欲。
（二）加强实践教学，提高学生的实际操作能力和创新能力。
《薄膜太阳能技术》是一门与实践结合紧密、着重培养学生对课堂知识进行实际应用能力的课程。在薄膜太阳能技术教学过程中积极开展实践教学有利于学生对理论知识的理解，提高学生的实际动手能力。在实验教学过程中适当调节验证性实验和研究性实验的比例，充分发挥学生的主观能动性。同时可以让从事薄膜太阳能电池相关研究的教师参与实验教学，以科研反哺教学，提高学生的创新实践能力。此外可以设置一些开放性实验，调动学生的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，使学生掌握考虑问题、解决问题的方法。
（三）改进课程的考核方式。
本课程学生成绩由平时成绩、实验成绩和期末成绩三部分组成。如前所述，《薄膜太阳能技术》是一门与实践结合紧密的课程，在坚持理论教学与实践教学并重的基础上，根据培养应用型人才的目标，应适当提高实验成绩在总成绩中所占的比重。本课程考核以百分制记，其中平时成绩和实验成绩各占20%，期末成绩占60%。其中，平时成绩按照平时作业、课堂表现和上课出勤等情况综合评定，实验成绩主要考查学生的实验动手能力和理论知识的实际应用能力。
四、结语
上好《薄膜太阳能技术》这门课需要教师明确该课程的教学目的，根据人才培养目标适当选择教学内容，同时关注薄膜太阳能电池行业的发展动态，使本课程教学与行业的发展很好地对接。教学过程中，应理论与实验并重，并着重培养学生理论结合实践的能力，使学生成为光伏行业具有良好发展潜力的应用型人才。
参考文献：
[1]王永，张渊，刘浩，等.长三角地区高职光伏专业建设研究[J].职业教育研究，2012，2：31-32.
[2]杜鹏，张军芳，郑永春.依据企业岗位及人才需求转变光伏技术专业教学内容[J].学周刊，2014，6：27.
[3]林涛，段春艳，卢东亮，等.以“项目驱动法”为核心的光伏应用技术专业核心课程体系与教学设计[J].新课程，2013，4：2.
[4]张巧杰，白连平，杨秀媛.太阳能光伏发电技术课程改革初探[J].教育教学论坛，2014，49：131-132.
[5]叶志镇，张银珠，黄靖云，等.以科研促进《薄膜材料技术与物理》专业课程的教学改革[J].材料科学与工程学报，2010，28（3）：474-476.
[6]钟建，顾可可，于军胜，等.薄膜太阳能光伏器件工艺制备及测试实验教学平台[J].实验技术与管理，2014，31，（6）：183-185.
关键词： 薄膜太阳能电池 教学探讨 理论教学 实践教学
一、引言
近年来光伏行业发展迅速，尤其长三角一带很多光伏企业[1]。光伏行业的快速发展促使企业对具有光伏专业知识的人才需求量大增[2-4]。但是随着欧美各国对我国光伏行业采取反倾销、反补贴调查等一系列措施，使得我国光伏行业发展受挫。在这样背景下，光伏企业必须进行产业结构升级才能在光伏行业中争得一席之地。而薄膜光伏技术由于具有材料消耗少、成本低、发电效率较高的优点，成为光伏行业发展的大势所趋[5-6]。因此，具有薄膜太阳能电池技术知识的人才在光伏行业中具有很大发展潜力。基于此，常熟理工学院光伏科技学院开设了《薄膜太阳能技术》课程，为培养高素质应用型光伏人才奠定基础。
二、对薄膜太阳能技术课程的探讨
（一）薄膜太阳能技术课程的教学目的。
通过本课程学习，学生了解薄膜太阳能电池的发展历史、产业现状及发展方向，熟悉常见的薄膜太阳能电池类型，通过与传统晶体硅太阳能电池对比掌握各种薄膜太阳能电池的发电原理、制备工艺及提高电池性能的关键因素。使学生对薄膜太阳能技术有较全面、系统的认识，为今后从事薄膜太阳能电池相关工作打下重要基础。
（二）薄膜太阳能技术课程的基本内容。
薄膜太阳能电池，简单从字面理解即将传统太阳能电池薄膜化。然而在将太阳能电池薄膜化过程中，会有很多诸如如何在很薄情况下保证吸收层对入射光的充分吸收、如何减少不必要的光生载流子传输损失等物理问题，这些问题将对薄膜太阳能电池的性能产生很大影响。需要本课程与《半导体物理》、《固体物理》等课程紧密结合，内容上要做好相互衔接。同时，根据培养应用型人才的目标，还应使学生对薄膜太阳能电池的制备工艺、制备过程中应注意的问题及电池工艺的改进有深入了解。因此，本课程应涉及以下几方面教学内容。
1.薄膜太阳能电池及薄膜材料
介绍与传统晶体硅太阳能电池相比薄膜太阳能电池的特点及适合做薄膜太阳能电池吸收层、发射极的薄膜材料须具备的光、电性能。
2.晶硅薄膜太阳能技术
介绍外延晶硅薄膜太阳能电池、异质衬底晶硅薄膜太阳能电池及多晶硅薄膜太阳能电池的特点及制备工艺。
3.微晶硅薄膜太阳能电池
介绍微晶硅薄膜制备技术、薄膜的微结构特征、光电性能及电池结构特点。
4.非晶硅薄膜太阳能电池
介绍非晶硅薄膜的太阳能电池的发展历史、薄膜微结构、非晶硅薄膜单节及叠层太阳能电池结构和设计原则，最后概述目前非晶硅薄膜太阳能电池产业化生产情况。
5.铜铟镓硒薄膜太阳能电池
介绍铜铟镓硒薄膜电池的特点、制备工艺、产业化生产概况及发展方向。
6.碲化镉薄膜太阳能电池
介绍碲化镉薄膜的光电特性、电池结构、电池制备及处理工艺。
这几部分内容中，第一部分是与薄膜太阳能电池相关的理论基础，是学生学习后面知识的前提；晶硅薄膜太阳能电池中的三种太阳能电池主要根据薄膜的衬底类型、加工工艺进行区分，制备的薄膜均属于广义多晶硅薄膜太阳能电池范畴。需要学生对这几种薄膜太阳能电池进行区分并掌握不同种类太阳能电池的制备工艺要求；微晶硅薄膜太阳能电池是目前最有发展前景的薄膜太阳能电池技术之一，需要学生重点掌握微晶硅薄膜的能带结构、光电性能及这种电池器件结构的特点及关键制备工艺；非晶硅薄膜是目前产业化生产最成熟的一种薄膜太阳能电池，因此本部分内容与产业化生产最密切，需要学生重点掌握非晶硅薄膜的微结构、光电性能尤其是光致衰减效应、电池结构及制备工艺参数对薄膜性能的影响规律；而铜铟镓硒薄膜太阳能电池是另一种已成功实现产业化生产的薄膜太阳能电池，目前国内也已经有企业着手发展这种薄膜太阳能电池，需要学生掌握铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制备工艺、异质结结构特点等内容；碲化镉薄膜太阳能电池是一种比较有潜力的薄膜太阳能电池，在一些特殊领域有一定的应用前景，需要学生了解其电池结构及制备工艺。
三、薄膜太阳能电池技术教学实施建议
通过对以上教学目的及教学内容的分析可知，薄膜太阳能技术是一门与实际结合紧密、实践性较强的工科课程。本课程的教学和学习效果强弱直接决定培养目标能否顺利实现。因此，实际教学过程中充分调动学生学习积极性和主观能动性，利用课堂教学引导学生独立思考，多方位、多层次培养学生的思维方式，使学生在具备扎实理论基础知识上培养其实验操作技能，提高理论与实际相结合的能力，成为具有一定创新能力的应用型人才。对于这门课程的教学，我们可以从以下三方面进行教学改革。
（一）教学方法上，根据本课程的特点采用案例式、讨论式教学，强化课堂小组讨论。
上课过程中，理论知识比较抽象，学生理解起来有一定困难。可以在讲解基本理论知识的同时，将理论知识和生活中的具体事例联系起来，促进学生对基础理论知识的理解，激发学生的学习兴趣。讲解具体薄膜太阳能电池制备过程时可以找一些相应视频、图片资料，以直观形式展现具体的制备流程，增进学生对电池制备流程的理解。同时，积极开展讨论式教学，将学生分成若干小组，给每个小组同学布置一个题目，组内同学通过调研完成该题目并以PPT形式讲解给其他同学，最后教师对各小组结果进行总结，这样可以有效激发同学们的求知欲。
（二）加强实践教学，提高学生的实际操作能力和创新能力。
《薄膜太阳能技术》是一门与实践结合紧密、着重培养学生对课堂知识进行实际应用能力的课程。在薄膜太阳能技术教学过程中积极开展实践教学有利于学生对理论知识的理解，提高学生的实际动手能力。在实验教学过程中适当调节验证性实验和研究性实验的比例，充分发挥学生的主观能动性。同时可以让从事薄膜太阳能电池相关研究的教师参与实验教学，以科研反哺教学，提高学生的创新实践能力。此外可以设置一些开放性实验，调动学生的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，使学生掌握考虑问题、解决问题的方法。
（三）改进课程的考核方式。
本课程学生成绩由平时成绩、实验成绩和期末成绩三部分组成。如前所述，《薄膜太阳能技术》是一门与实践结合紧密的课程，在坚持理论教学与实践教学并重的基础上，根据培养应用型人才的目标，应适当提高实验成绩在总成绩中所占的比重。本课程考核以百分制记，其中平时成绩和实验成绩各占20%，期末成绩占60%。其中，平时成绩按照平时作业、课堂表现和上课出勤等情况综合评定，实验成绩主要考查学生的实验动手能力和理论知识的实际应用能力。
四、结语
上好《薄膜太阳能技术》这门课需要教师明确该课程的教学目的，根据人才培养目标适当选择教学内容，同时关注薄膜太阳能电池行业的发展动态，使本课程教学与行业的发展很好地对接。教学过程中，应理论与实验并重，并着重培养学生理论结合实践的能力，使学生成为光伏行业具有良好发展潜力的应用型人才。
参考文献：
[1]王永，张渊，刘浩，等.长三角地区高职光伏专业建设研究[J].职业教育研究，2012，2：31-32.
[2]杜鹏，张军芳，郑永春.依据企业岗位及人才需求转变光伏技术专业教学内容[J].学周刊，2014，6：27.
[3]林涛，段春艳，卢东亮，等.以“项目驱动法”为核心的光伏应用技术专业核心课程体系与教学设计[J].新课程，2013，4：2.
[4]张巧杰，白连平，杨秀媛.太阳能光伏发电技术课程改革初探[J].教育教学论坛，2014，49：131-132.
[5]叶志镇，张银珠，黄靖云，等.以科研促进《薄膜材料技术与物理》专业课程的教学改革[J].材料科学与工程学报，2010，28（3）：474-476.
[6]钟建，顾可可，于军胜，等.薄膜太阳能光伏器件工艺制备及测试实验教学平台[J].实验技术与管理，2014，31，（6）：183-185.