《光伏技术》课程教学的探讨

解其云

摘 要：《光伏技术》课程教学对光伏相关技术人才的培养至关重要。结合这门课的特点以及人才培养的需求，要上好这门课，教师必须明确教学目的，并结合专业实际情况合理安排教学内容。在教学过程中注重培养学生建立系统的知识体系，强化课堂小组讨论，推进实验教学，鼓励学生开展自主性探索实验，改进考核办法，从而为培养创新型光伏技术人才打下良好基础。

关键词：光伏技术；教学探讨；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

在傳统能源逐步枯竭、环境问题逐年加剧之际，可再生能源特别是太阳能的利用为人类提供了解决危机的途径。我国政府已将太阳能光伏产业定位为国家七大新型战略产业之一。太阳能电池[1，2]是光伏发电系统的核心，它以半导体为媒介，实现光能与电能的直接转换。然而，在太阳能电池产业蓬勃发展的同时，国内专业人才的数量可谓捉襟见肘，因此人才的培养已成为当务之急。目前，《光伏技术》已经成为新能源、光电信息，光电子材料与器件等高等教育专业的必修或选修课程。

2 对光伏技术课程的探讨

2.1 光伏技术课程的教学目的

通过本课程的学习，让学生了解太阳能电池的发展历史，掌握太阳能电池制备的原理、现行太阳能电池的制造工艺、未来高效率低成本太阳能电池设计的思路以及光伏系统应用上的重要设计考虑等。使学生对光伏技术有较全面、系统的认识，为今后从事光伏相关的研发工作打下重要的基础。

2.2 光伏技术课程的基本内容

太阳能电池的本质是半导体二极管，因此本课程与《固体物理》，《半导体物理》等课程具有密切的联系，在课程内容上需要和《固体物理》，《半导体物理》等课程知识进行衔接。此外，各高校的专业类型或是课时安排存在一定差异，从而课程内容设置上可能存在一定差异。比如对于研究型的专业来说，教学上需要在材料的基本性能、制备原理与性能改进方面有所侧重，而应用型的专业则需要让学生对电池工艺改进和光伏系统的应用有深入的了解。但不管怎样，要达到本课程的教学目的，以下几方面的内容在教学过程中需要涉及[3，4]：

2.2.1 太阳能电池和太阳光

介绍太阳能电池的发展概况，太阳能电池的结构，太阳能常数的计算方法和估测大气光学质量的方法。

2.2.2 半导体的特性

介绍半导体的晶体结构和电子能带结构，载流子传输中所涉及到的漂移和扩散过程，半导体的光吸收和复合过程。

2.2.3 p-n结二极管

介绍本征半导体、p型半导体和n型半导体的结构，p-n结的形成方法，能p-n结二极管无光照和受光照时的理想电流-电压特性，太阳能电池的输出参数。

2.2.4 效率的极限、损失和测量

介绍为什么太阳能电池效率存在极限，太阳能参数对效率的影响机制，太阳能电池的等效电路，太阳能电池效率的测量原理。

2.2.5 标准硅太阳能电池工艺和薄膜太阳能电池

介绍晶体硅的基本性质和制备工艺流程，非晶硅太阳能电池结构以及工作原理，GdTe，GaAs等薄膜太阳能电池的基本结构和工作原理。

2.2.6 光伏系统的组成与应用

介绍光伏系统所需要的部件，整个系统的性能和商业化生产的可能性。

3 光伏技术课程教学实施建议

课堂教学是学生和老师围绕教学所开展的交流过程，教学不是独白，新时期大学教师的责任也远远超过传统意义上的“传道、授业，解惑也”。大学课堂的教学方式需要更加多元化，充分调动学生的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，从多方位、多层次培养学生的思维方式，使其具有扎实的学科基础知识、良好的理论素养和相关实验技能的创新型人才。对于光伏技术这门课的教学来说，我们可以从以下几个方面入手：

3.1 培养学生建议系统的知识体系，重视知识更新

光伏技术与固体物理和半导体物理等课程间具有紧密的联系。比如Si，GaAs等太阳能电池材料都是很常见的半导体材料，具有一般半导体材料的基本性质。因而教师可以从学生已建立的半导体知识框架体系出发再逐步引导过渡到光伏电池的知识体系，由简单到复杂，由已知的到未知的，让学生从内心竖立学习这门课的信心，培养学生建立系统化的知识体系。为了适应学科建设和人才培养的要求，内容陈旧的内容可以压缩课时少讲，把能够充分反应光伏领域的前沿科学问题以及光伏相关产业的新发展和新趋势融入到教学的内容中来，这样有利于加强学生科学素质和创新能力的培养。比如对于光伏领域来说，目前主力军是第一代晶体硅太阳能电池，产业界所获得的电池效率已基本跟上实验室的标准。但光伏技术的发展日新月异，产业界追求的最终目的是高效率低成本。这就需要我们对第二代薄膜太阳能电池甚至是第三代量子点太阳能电池继续开展深入的研究。因此在教学过程中，教师在以晶体硅电池作为示范来介绍太阳能电池的工作原理和制备工艺后，应该进一步讲授光伏新技术的发展和应用，拓宽学生的知识面。

3.2 强化课堂小组讨論，课后实际调研

教师要积极给学生创造宽松、活跃的学习氛围，鼓励开展多种形式的课程学习方式，如专题讲座、兴趣小组、专题阅读等。对于光伏工艺中涉及到的如何减少表面反射率的专题，建议可以采取研讨的方式讲授，让学生们分成小组，每一个组调研一种可以实现减小反射的工艺，组内的同学分工合作调研后做成PPT再在课堂上给其他学生进行讲解，最后由教师对各个小组的调研成果进行总结。研讨的教学方式，可以激发学生的学习兴趣和求知欲望。学生对某个专题进行调研，实际上就是一种目的明确的科研锻炼，每一个小组就是一个科研小组。整个调研过程能让学生切切实实感受到做科研的精神，学会怎么去研究，怎么去合作交流，进一步培养他们独立分析问题和解决问题的能力。把调研过后的内容再以准教师的身份和大家分享，这又无疑锻炼了学生的口头表达能力。注重课堂讨论，课后调研的教学能让学生充分感受到探索科学的精神和乐趣，激发创新的愿望，为培养成光伏研究型人才打下基础。

3.3 增强实验教学，提高动手能力

《光伏技术》课程是一门实践性很强的课，实验教学有利于加深学生对所学的理论知识的理解。在光伏技术实验教学中，教师需要加强实验教学理念的改革，减少验证性的实验，而多开设学生主导研究型实验，可以让具有高专业知识背景的骨干教师参与实验教学和指导学生。他们的言传身教使学生在掌握基础知识和基本技能的同时，也受到初步的科学研究方法方面的训练，从而提高学生的能力。《光伏技术》可开设的实验很多：如硅太阳能电池制备、电池效率测量、减反膜厚度与折射率测量等等。光伏领域背后的强大利润推动企业尽快掌握更好的专利技术，因此许多企业都倾向于与高校联合设立实验室，高校在企业中也设立了长期稳定的实习基地。这就给学生提供了更好的锻炼机会，把实验室的结果进一步向产线推进，使学生的知识、素质和技能相辅相成，全面发展，这也体现出教学注重知识与实际生活和科技进步紧密联系的独特理念。不仅仅是学生，我们的教师也应该经常到相关企业学习，参加专业性的学术会议，积极和同行交流，充实自己。

3.4 改进教学评价

本课程的学生成绩由平时成绩，实验成绩和期末成绩三部分组成，根据考核方式，其中平时成绩和实验成绩各占总成绩的20%，期末成绩占总成绩的60%。成绩以百分制记。平时成绩由平时作业、出勤、课堂表现等综合评定，实验成绩要注重考查学生的动手能力。

4 总结

总之，要上好《光伏技术》这门课程，要明确该课程的教学目的，根据实际需要选取合适的课程教学内容，拓宽学生的知识面。在课程教学中，重视学生理论水平、实验技术和创新能力的培养，重视学生实际动手能力的提高，使其成为具备光伏知识背景的高素质创新型人才。

[参考文献]

[1]熊绍珍，朱美芳.《太阳能电池基础与应用》.北京：科学出版，2009年，第1版.

[2]徐云远.《太阳能电池的研究进展》.《商品与质量：学术观察》，2013年第4期，87-88.

[3]Martin A.Green，狄大卫，曹昭杨，李秀文，谢鸿李.《太阳能电池工作原理、技术与系统应用》.上海：上海交通大学出版社，2012年，第1版.

[4]杨德仁.《太阳能电池材料》.北京：化学工业出版社，2009年，第1版.