解其云

摘 要：《光伏技術(shù)》課程教學(xué)對光伏相關(guān)技術(shù)人才的培養(yǎng)至關(guān)重要。結(jié)合這門課的特點以及人才培養(yǎng)的需求，要上好這門課，教師必須明確教學(xué)目的，并結(jié)合專業(yè)實際情況合理安排教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)過程中注重培養(yǎng)學(xué)生建立系統(tǒng)的知識體系，強化課堂小組討論，推進實驗教學(xué)，鼓勵學(xué)生開展自主性探索實驗，改進考核辦法，從而為培養(yǎng)創(chuàng)新型光伏技術(shù)人才打下良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：光伏技術(shù)；教學(xué)探討；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

在傳統(tǒng)能源逐步枯竭、環(huán)境問題逐年加劇之際，可再生能源特別是太陽能的利用為人類提供了解決危機的途徑。我國政府已將太陽能光伏產(chǎn)業(yè)定位為國家七大新型戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一。太陽能電池[1，2]是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心，它以半導(dǎo)體為媒介，實現(xiàn)光能與電能的直接轉(zhuǎn)換。然而，在太陽能電池產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的同時，國內(nèi)專業(yè)人才的數(shù)量可謂捉襟見肘，因此人才的培養(yǎng)已成為當(dāng)務(wù)之急。目前，《光伏技術(shù)》已經(jīng)成為新能源、光電信息，光電子材料與器件等高等教育專業(yè)的必修或選修課程。

2 對光伏技術(shù)課程的探討

2.1 光伏技術(shù)課程的教學(xué)目的

通過本課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解太陽能電池的發(fā)展歷史，掌握太陽能電池制備的原理、現(xiàn)行太陽能電池的制造工藝、未來高效率低成本太陽能電池設(shè)計的思路以及光伏系統(tǒng)應(yīng)用上的重要設(shè)計考慮等。使學(xué)生對光伏技術(shù)有較全面、系統(tǒng)的認識，為今后從事光伏相關(guān)的研發(fā)工作打下重要的基礎(chǔ)。

2.2 光伏技術(shù)課程的基本內(nèi)容

太陽能電池的本質(zhì)是半導(dǎo)體二極管，因此本課程與《固體物理》，《半導(dǎo)體物理》等課程具有密切的聯(lián)系，在課程內(nèi)容上需要和《固體物理》，《半導(dǎo)體物理》等課程知識進行銜接。此外，各高校的專業(yè)類型或是課時安排存在一定差異，從而課程內(nèi)容設(shè)置上可能存在一定差異。比如對于研究型的專業(yè)來說，教學(xué)上需要在材料的基本性能、制備原理與性能改進方面有所側(cè)重，而應(yīng)用型的專業(yè)則需要讓學(xué)生對電池工藝改進和光伏系統(tǒng)的應(yīng)用有深入的了解。但不管怎樣，要達到本課程的教學(xué)目的，以下幾方面的內(nèi)容在教學(xué)過程中需要涉及[3，4]：

2.2.1 太陽能電池和太陽光

介紹太陽能電池的發(fā)展概況，太陽能電池的結(jié)構(gòu)，太陽能常數(shù)的計算方法和估測大氣光學(xué)質(zhì)量的方法。

2.2.2 半導(dǎo)體的特性

介紹半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)和電子能帶結(jié)構(gòu)，載流子傳輸中所涉及到的漂移和擴散過程，半導(dǎo)體的光吸收和復(fù)合過程。

2.2.3 p-n結(jié)二極管

介紹本征半導(dǎo)體、p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，p-n結(jié)的形成方法，能p-n結(jié)二極管無光照和受光照時的理想電流-電壓特性，太陽能電池的輸出參數(shù)。

2.2.4 效率的極限、損失和測量

介紹為什么太陽能電池效率存在極限，太陽能參數(shù)對效率的影響機制，太陽能電池的等效電路，太陽能電池效率的測量原理。

2.2.5 標(biāo)準(zhǔn)硅太陽能電池工藝和薄膜太陽能電池

介紹晶體硅的基本性質(zhì)和制備工藝流程，非晶硅太陽能電池結(jié)構(gòu)以及工作原理，GdTe，GaAs等薄膜太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。

2.2.6 光伏系統(tǒng)的組成與應(yīng)用

介紹光伏系統(tǒng)所需要的部件，整個系統(tǒng)的性能和商業(yè)化生產(chǎn)的可能性。

3 光伏技術(shù)課程教學(xué)實施建議

課堂教學(xué)是學(xué)生和老師圍繞教學(xué)所開展的交流過程，教學(xué)不是獨白，新時期大學(xué)教師的責(zé)任也遠遠超過傳統(tǒng)意義上的“傳道、授業(yè)，解惑也”。大學(xué)課堂的教學(xué)方式需要更加多元化，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動性，利用課堂教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，從多方位、多層次培養(yǎng)學(xué)生的思維方式，使其具有扎實的學(xué)科基礎(chǔ)知識、良好的理論素養(yǎng)和相關(guān)實驗技能的創(chuàng)新型人才。對于光伏技術(shù)這門課的教學(xué)來說，我們可以從以下幾個方面入手：

3.1 培養(yǎng)學(xué)生建議系統(tǒng)的知識體系，重視知識更新

光伏技術(shù)與固體物理和半導(dǎo)體物理等課程間具有緊密的聯(lián)系。比如Si，GaAs等太陽能電池材料都是很常見的半導(dǎo)體材料，具有一般半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì)。因而教師可以從學(xué)生已建立的半導(dǎo)體知識框架體系出發(fā)再逐步引導(dǎo)過渡到光伏電池的知識體系，由簡單到復(fù)雜，由已知的到未知的，讓學(xué)生從內(nèi)心豎立學(xué)習(xí)這門課的信心，培養(yǎng)學(xué)生建立系統(tǒng)化的知識體系。為了適應(yīng)學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)的要求，內(nèi)容陳舊的內(nèi)容可以壓縮課時少講，把能夠充分反應(yīng)光伏領(lǐng)域的前沿科學(xué)問題以及光伏相關(guān)產(chǎn)業(yè)的新發(fā)展和新趨勢融入到教學(xué)的內(nèi)容中來，這樣有利于加強學(xué)生科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。比如對于光伏領(lǐng)域來說，目前主力軍是第一代晶體硅太陽能電池，產(chǎn)業(yè)界所獲得的電池效率已基本跟上實驗室的標(biāo)準(zhǔn)。但光伏技術(shù)的發(fā)展日新月異，產(chǎn)業(yè)界追求的最終目的是高效率低成本。這就需要我們對第二代薄膜太陽能電池甚至是第三代量子點太陽能電池繼續(xù)開展深入的研究。因此在教學(xué)過程中，教師在以晶體硅電池作為示范來介紹太陽能電池的工作原理和制備工藝后，應(yīng)該進一步講授光伏新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，拓寬學(xué)生的知識面。

3.2 強化課堂小組討論，課后實際調(diào)研

教師要積極給學(xué)生創(chuàng)造寬松、活躍的學(xué)習(xí)氛圍，鼓勵開展多種形式的課程學(xué)習(xí)方式，如專題講座、興趣小組、專題閱讀等。對于光伏工藝中涉及到的如何減少表面反射率的專題，建議可以采取研討的方式講授，讓學(xué)生們分成小組，每一個組調(diào)研一種可以實現(xiàn)減小反射的工藝，組內(nèi)的同學(xué)分工合作調(diào)研后做成PPT再在課堂上給其他學(xué)生進行講解，最后由教師對各個小組的調(diào)研成果進行總結(jié)。研討的教學(xué)方式，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望。學(xué)生對某個專題進行調(diào)研，實際上就是一種目的明確的科研鍛煉，每一個小組就是一個科研小組。整個調(diào)研過程能讓學(xué)生切切實實感受到做科研的精神，學(xué)會怎么去研究，怎么去合作交流，進一步培養(yǎng)他們獨立分析問題和解決問題的能力。把調(diào)研過后的內(nèi)容再以準(zhǔn)教師的身份和大家分享，這又無疑鍛煉了學(xué)生的口頭表達能力。注重課堂討論，課后調(diào)研的教學(xué)能讓學(xué)生充分感受到探索科學(xué)的精神和樂趣，激發(fā)創(chuàng)新的愿望，為培養(yǎng)成光伏研究型人才打下基礎(chǔ)。

3.3 增強實驗教學(xué)，提高動手能力

《光伏技術(shù)》課程是一門實踐性很強的課，實驗教學(xué)有利于加深學(xué)生對所學(xué)的理論知識的理解。在光伏技術(shù)實驗教學(xué)中，教師需要加強實驗教學(xué)理念的改革，減少驗證性的實驗，而多開設(shè)學(xué)生主導(dǎo)研究型實驗，可以讓具有高專業(yè)知識背景的骨干教師參與實驗教學(xué)和指導(dǎo)學(xué)生。他們的言傳身教使學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識和基本技能的同時，也受到初步的科學(xué)研究方法方面的訓(xùn)練，從而提高學(xué)生的能力?！豆夥夹g(shù)》可開設(shè)的實驗很多：如硅太陽能電池制備、電池效率測量、減反膜厚度與折射率測量等等。光伏領(lǐng)域背后的強大利潤推動企業(yè)盡快掌握更好的專利技術(shù)，因此許多企業(yè)都傾向于與高校聯(lián)合設(shè)立實驗室，高校在企業(yè)中也設(shè)立了長期穩(wěn)定的實習(xí)基地。這就給學(xué)生提供了更好的鍛煉機會，把實驗室的結(jié)果進一步向產(chǎn)線推進，使學(xué)生的知識、素質(zhì)和技能相輔相成，全面發(fā)展，這也體現(xiàn)出教學(xué)注重知識與實際生活和科技進步緊密聯(lián)系的獨特理念。不僅僅是學(xué)生，我們的教師也應(yīng)該經(jīng)常到相關(guān)企業(yè)學(xué)習(xí)，參加專業(yè)性的學(xué)術(shù)會議，積極和同行交流，充實自己。

3.4 改進教學(xué)評價

本課程的學(xué)生成績由平時成績，實驗成績和期末成績?nèi)糠纸M成，根據(jù)考核方式，其中平時成績和實驗成績各占總成績的20%，期末成績占總成績的60%。成績以百分制記。平時成績由平時作業(yè)、出勤、課堂表現(xiàn)等綜合評定，實驗成績要注重考查學(xué)生的動手能力。

4 總結(jié)

總之，要上好《光伏技術(shù)》這門課程，要明確該課程的教學(xué)目的，根據(jù)實際需要選取合適的課程教學(xué)內(nèi)容，拓寬學(xué)生的知識面。在課程教學(xué)中，重視學(xué)生理論水平、實驗技術(shù)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，重視學(xué)生實際動手能力的提高，使其成為具備光伏知識背景的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才。

[參考文獻]

[1]熊紹珍，朱美芳.《太陽能電池基礎(chǔ)與應(yīng)用》.北京：科學(xué)出版，2009年，第1版.

[2]徐云遠.《太陽能電池的研究進展》.《商品與質(zhì)量：學(xué)術(shù)觀察》，2013年第4期，87-88.

[3]Martin A.Green，狄大衛(wèi)，曹昭楊，李秀文，謝鴻李.《太陽能電池工作原理、技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)用》.上海：上海交通大學(xué)出版社，2012年，第1版.

[4]楊德仁.《太陽能電池材料》.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009年，第1版.