论文部分内容阅读
[摘 要] 光伏电池原理与工艺课程是新能源科学与工程专业光伏技术方向最重要的一门专业课。该课程主要分为晶硅太阳电池、化合物太阳电池和新型太阳电池三大模块。由于光伏技术产业化和应用的飞速进步，传统的书本教学模式已经不能满足该课程的授课要求。为了提升学生学习本课程的效果，并且实现产教融合的教学过程，常州工学院新能源科学与工程专业针对该课程进行了校企联合授课的改革，邀请隆基乐叶光伏科技有限公司的技术人员进行课堂授课，将光伏技术最新的产业现状和发展趋势带入课堂教学中，有效提升了光伏电池原理与工艺课程的学习质量，初步培育学生的创新意识。
[关 鍵 词] 光伏电池原理与工艺;产教融合;教学改革
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2021）31-0080-02
一、引言
新能源科学与工程（代码080503T）是一门具有新工科背景的本科专业。从2012年教育部批准开设至2019年底，全国开设新能源科学与工程专业的高校数已达118所[1]。新能源科学与工程专业的主要专业方向包括太阳能、风能、生物质能、氢能、储能和智能微电网等，其中以太阳能（含光伏）为主要专业方向本科高校达到99所，占比达到83.9%，成为新能源科学与工程专业中最主要的专业方向。作为新能源科学与工程专业太阳能（光伏）方向中至关重要的专业课程——光伏电池原理与工艺，其理论课和课内实验的教学效果将直接影响学生的学习效果和相关专业能力的培育。基于上述重要性，本文将从课程教学能力训练和课内实验改革两个方面探讨光伏电池原理与工艺课程的教学实践。
二、产教融合的授课实践
（一）课程目标设置
课程目标1：通过学习光伏电池原理与工艺的理论知识，掌握光伏电池基本类型和发展现状，并具备查找相关文献资料对光伏行业发展趋势进行分析研究的能力。
课程目标2：在课程教学中，能够根据目标进行相关的调研设计。教会学生自主确定工程设计目标与任务，引导启发学生主动培养创新能力的意识。
课程目标3：通过学习晶硅太阳能电池的发展史和世界太阳能电池产销量等，掌握太阳能电池的发展规划，树立绿色发展理念和民族自信心。
（二）课程主要内容
1.概论（绪论）
通过了解可再生能源的意义以及发展太阳能电池的必要性，掌握太阳光谱、太阳能辐射以及太阳能电池主要种类、技术概论与市场情况，掌握太阳能电池的研究及发展现状。
2.太阳能电池的半导体物理基础
通过学习半导体材料、晶体结构与能带结构、电子传输性质、本征半导体与非本征半导体、半导体结，初步理解半导体与光的相互作用、载流子复合过程、半导体器件物理学的基本方程、半导体p-n结构与特性、半导体异质结和肖特基结等太阳能电池的最基本半导体物理基础。
3.太阳能电池的基本原理、损失与测定
通过学习太阳能电池基本工作原理、效率损失、电性能参数、等效电路、电池效率的测定环境，串联电阻与并联电阻的来源，掌握太阳电池最基本的原理、电流损失来源和太阳电池效率测试的标准条件。
4.晶硅太阳能电池器件与制造工艺
通过学习多晶硅原料制造技术、单晶硅片制造技术、多晶硅片制造技术、晶硅太能电池的种类与结构、电池制备工艺以及电池的设计等晶硅电池的主要制备工艺，能掌握晶硅太阳电池最核心的生产技术。
5.非晶硅薄膜太阳能电池
了解非晶硅薄膜太阳能电池的发展背景，掌握非晶硅材料的结构与特性，非晶硅材料的光致衰退现象，非晶硅薄膜硅太阳能电池的结构、制备与特性，非晶硅薄膜太阳能电池的封装技术。
6.前瞻硅基薄膜太阳能电池
了解结晶硅薄膜太阳能电池的发展背景，掌握结晶硅薄膜电池的种类、制备技术，微晶硅薄膜、多晶硅薄膜的制备技术，大面积硅基薄膜制备技术，硅基薄膜太阳能电池的发展趋势。
7.染料敏化（钙钛矿）太阳能电池
了解染料敏化（钙钛矿）太阳能电池的发展历史，掌握染料敏化（钙钛矿）太阳能电池的基本组成、工作原理与制备，染料敏化（钙钛矿）太阳能电池的研究重点与专利探讨，以及国际研发现状。
8.化合物太阳能电池
掌握化合物半导体，碲化镉太阳能电池，铜铟硒太阳能电池，Ⅲ-Ⅴ族太阳能电池聚光太阳能电池的基本原理、机构与制备工艺以及未来发展趋势。
（三）授课实践总结
1.理论授课
授课过程加大学生调研分析能力训练，要求学生通过调研分析掌握市场生产厂家、主要产品参数、主要技术优势等，从而从市场调研中掌握不同太阳能电池的应用优势、分析非晶硅电池被电站淘汰的原因、硅电池从多晶硅占主流到单晶硅占主流的转化、单面发电到双面发电的新型单晶硅电池等。
2.实践训练
通过学生进光伏发电原理与技术实验室进行光伏电池原理（单晶硅片I-V曲线、填充因子FF、短路电流密度Jsc、短路电流Isc、光电转换效率、太阳弱光、太阳强光）、晶硅电池组件性能等测试，培养太阳电池制备工艺、太阳电池测试标准、太阳电站串并联设计等能力。 （四）企业导师授课实践
作为产教融合示范型课程，邀请了泰州隆基乐叶光伏有限公司、东方日升新能源股份有限公司、汉能太阳能光伏科技有限公司等行业代表性企业的技术主管进行课程授课，企业专家授课的课时占比达到课程总课时的20%。
（五）课程思政元素的应用体现
光伏技术的发展过程中充分体现了马克思主义相关基本原理的应用，比如辩证关系（从2013年出现的钙钛矿新型太阳能电池，由于采用无机有机杂化的方法，在短短7年时间内将太阳能电池的效率提高到23%以上[2]）;在太阳能光伏技术的发展过程中，我国的相关企业近年来频频创作出具有世界最高水平的光伏电池，比如龙焱能源科技（杭州）有限公司和隆基乐叶光伏科技有限公司最高单晶硅组件等;考虑环保因素，近年来无镉新型太阳能电池的快速发展，充分体现了既要经济发展，也要绿水青山的可持续发展理念[3-6]。
三、小结
本文通过对光伏电池原理与工艺进行产教融合授课实践，借助企业导师和校内相结合的授课方式，从课程目标、课程体系两方面进行了改革，培养了学生的调研分析能力，使学生掌握了市场企业一线发展现状和未来的发展规划，强化了环境保护的绿色发展理念。
参考文献：
[1]全国新能源科学与工程专业联盟第七届年会在长沙理工大学召开[EB/OL].https：//www.csust.edu.cn/ndxy/info/1056/6235.htm.
[2]Martin A，Green，Ewan D，Dunlop，JochenHohl Ebinger，et al.，Solarcellefficiency tables（version56）[J].Progress in Photovoltaics Research and Applications，2020，28（7）：629-638.
[3]柳友荣，项桂娥，王剑程.应用型本科院校產教融合模式及其影响因素研究[J].中国高教研究，2015（5）.
[4]李银丹，李钧敏，施建祥.产教融合视角下应用型本科高校一流课程建设策略研究[J].中国大学教学，2020（5）.
[5]季莲，周剑秋.《太阳能电池基础与应用》课程教学研究[J].广东化工，2018，45（16）：219.
[6]欧惠.《太阳电池材料》应用型课程教学改革研究[J].新余学院学报，2016，21（3）：145.
◎编辑 郑晓燕
[关 鍵 词] 光伏电池原理与工艺;产教融合;教学改革
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2021）31-0080-02
一、引言
新能源科学与工程（代码080503T）是一门具有新工科背景的本科专业。从2012年教育部批准开设至2019年底，全国开设新能源科学与工程专业的高校数已达118所[1]。新能源科学与工程专业的主要专业方向包括太阳能、风能、生物质能、氢能、储能和智能微电网等，其中以太阳能（含光伏）为主要专业方向本科高校达到99所，占比达到83.9%，成为新能源科学与工程专业中最主要的专业方向。作为新能源科学与工程专业太阳能（光伏）方向中至关重要的专业课程——光伏电池原理与工艺，其理论课和课内实验的教学效果将直接影响学生的学习效果和相关专业能力的培育。基于上述重要性，本文将从课程教学能力训练和课内实验改革两个方面探讨光伏电池原理与工艺课程的教学实践。
二、产教融合的授课实践
（一）课程目标设置
课程目标1：通过学习光伏电池原理与工艺的理论知识，掌握光伏电池基本类型和发展现状，并具备查找相关文献资料对光伏行业发展趋势进行分析研究的能力。
课程目标2：在课程教学中，能够根据目标进行相关的调研设计。教会学生自主确定工程设计目标与任务，引导启发学生主动培养创新能力的意识。
课程目标3：通过学习晶硅太阳能电池的发展史和世界太阳能电池产销量等，掌握太阳能电池的发展规划，树立绿色发展理念和民族自信心。
（二）课程主要内容
1.概论（绪论）
通过了解可再生能源的意义以及发展太阳能电池的必要性，掌握太阳光谱、太阳能辐射以及太阳能电池主要种类、技术概论与市场情况，掌握太阳能电池的研究及发展现状。
2.太阳能电池的半导体物理基础
通过学习半导体材料、晶体结构与能带结构、电子传输性质、本征半导体与非本征半导体、半导体结，初步理解半导体与光的相互作用、载流子复合过程、半导体器件物理学的基本方程、半导体p-n结构与特性、半导体异质结和肖特基结等太阳能电池的最基本半导体物理基础。
3.太阳能电池的基本原理、损失与测定
通过学习太阳能电池基本工作原理、效率损失、电性能参数、等效电路、电池效率的测定环境，串联电阻与并联电阻的来源，掌握太阳电池最基本的原理、电流损失来源和太阳电池效率测试的标准条件。
4.晶硅太阳能电池器件与制造工艺
通过学习多晶硅原料制造技术、单晶硅片制造技术、多晶硅片制造技术、晶硅太能电池的种类与结构、电池制备工艺以及电池的设计等晶硅电池的主要制备工艺，能掌握晶硅太阳电池最核心的生产技术。
5.非晶硅薄膜太阳能电池
了解非晶硅薄膜太阳能电池的发展背景，掌握非晶硅材料的结构与特性，非晶硅材料的光致衰退现象，非晶硅薄膜硅太阳能电池的结构、制备与特性，非晶硅薄膜太阳能电池的封装技术。
6.前瞻硅基薄膜太阳能电池
了解结晶硅薄膜太阳能电池的发展背景，掌握结晶硅薄膜电池的种类、制备技术，微晶硅薄膜、多晶硅薄膜的制备技术，大面积硅基薄膜制备技术，硅基薄膜太阳能电池的发展趋势。
7.染料敏化（钙钛矿）太阳能电池
了解染料敏化（钙钛矿）太阳能电池的发展历史，掌握染料敏化（钙钛矿）太阳能电池的基本组成、工作原理与制备，染料敏化（钙钛矿）太阳能电池的研究重点与专利探讨，以及国际研发现状。
8.化合物太阳能电池
掌握化合物半导体，碲化镉太阳能电池，铜铟硒太阳能电池，Ⅲ-Ⅴ族太阳能电池聚光太阳能电池的基本原理、机构与制备工艺以及未来发展趋势。
（三）授课实践总结
1.理论授课
授课过程加大学生调研分析能力训练，要求学生通过调研分析掌握市场生产厂家、主要产品参数、主要技术优势等，从而从市场调研中掌握不同太阳能电池的应用优势、分析非晶硅电池被电站淘汰的原因、硅电池从多晶硅占主流到单晶硅占主流的转化、单面发电到双面发电的新型单晶硅电池等。
2.实践训练
通过学生进光伏发电原理与技术实验室进行光伏电池原理（单晶硅片I-V曲线、填充因子FF、短路电流密度Jsc、短路电流Isc、光电转换效率、太阳弱光、太阳强光）、晶硅电池组件性能等测试，培养太阳电池制备工艺、太阳电池测试标准、太阳电站串并联设计等能力。 （四）企业导师授课实践
作为产教融合示范型课程，邀请了泰州隆基乐叶光伏有限公司、东方日升新能源股份有限公司、汉能太阳能光伏科技有限公司等行业代表性企业的技术主管进行课程授课，企业专家授课的课时占比达到课程总课时的20%。
（五）课程思政元素的应用体现
光伏技术的发展过程中充分体现了马克思主义相关基本原理的应用，比如辩证关系（从2013年出现的钙钛矿新型太阳能电池，由于采用无机有机杂化的方法，在短短7年时间内将太阳能电池的效率提高到23%以上[2]）;在太阳能光伏技术的发展过程中，我国的相关企业近年来频频创作出具有世界最高水平的光伏电池，比如龙焱能源科技（杭州）有限公司和隆基乐叶光伏科技有限公司最高单晶硅组件等;考虑环保因素，近年来无镉新型太阳能电池的快速发展，充分体现了既要经济发展，也要绿水青山的可持续发展理念[3-6]。
三、小结
本文通过对光伏电池原理与工艺进行产教融合授课实践，借助企业导师和校内相结合的授课方式，从课程目标、课程体系两方面进行了改革，培养了学生的调研分析能力，使学生掌握了市场企业一线发展现状和未来的发展规划，强化了环境保护的绿色发展理念。
参考文献：
[1]全国新能源科学与工程专业联盟第七届年会在长沙理工大学召开[EB/OL].https：//www.csust.edu.cn/ndxy/info/1056/6235.htm.
[2]Martin A，Green，Ewan D，Dunlop，JochenHohl Ebinger，et al.，Solarcellefficiency tables（version56）[J].Progress in Photovoltaics Research and Applications，2020，28（7）：629-638.
[3]柳友荣，项桂娥，王剑程.应用型本科院校產教融合模式及其影响因素研究[J].中国高教研究，2015（5）.
[4]李银丹，李钧敏，施建祥.产教融合视角下应用型本科高校一流课程建设策略研究[J].中国大学教学，2020（5）.
[5]季莲，周剑秋.《太阳能电池基础与应用》课程教学研究[J].广东化工，2018，45（16）：219.
[6]欧惠.《太阳电池材料》应用型课程教学改革研究[J].新余学院学报，2016，21（3）：145.
◎编辑 郑晓燕