解其云

摘 要：《光伏技術(shù)》課程教學(xué)對(duì)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(diǎn)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(shí)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(shí)體系，強(qiáng)化課堂小組討論，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生開展自主性探索實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)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(yáng)能的利用為人類提供了解決危機(jī)的途徑。我國(guó)政府已將太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)定位為國(guó)家七大新型戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一。太陽(yáng)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(shí)現(xiàn)光能與電能的直接轉(zhuǎn)換。然而，在太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，國(guó)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(duì)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(yáng)能電池的發(fā)展歷史，掌握太陽(yáng)能電池制備的原理、現(xiàn)行太陽(yáng)能電池的制造工藝、未來高效率低成本太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)的思路以及光伏系統(tǒng)應(yīng)用上的重要設(shè)計(jì)考慮等。使學(xué)生對(duì)光伏技術(shù)有較全面、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，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(yáng)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(shí)進(jìn)行銜接。此外，各高校的專業(yè)類型或是課時(shí)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(duì)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(jìn)方面有所側(cè)重，而應(yīng)用型的專業(yè)則需要讓學(xué)生對(duì)電池工藝改進(jìn)和光伏系統(tǒng)的應(yīng)用有深入的了解。但不管怎樣，要達(dá)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(yáng)能電池和太陽(yáng)光

介紹太陽(yáng)能電池的發(fā)展概況，太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)，太陽(yáng)能常數(shù)的計(jì)算方法和估測(cè)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(kuò)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(shí)的理想電流-電壓特性，太陽(yáng)能電池的輸出參數(shù)。

2.2.4 效率的極限、損失和測(cè)量

介紹為什么太陽(yáng)能電池效率存在極限，太陽(yáng)能參數(shù)對(duì)效率的影響機(jī)制，太陽(yáng)能電池的等效電路，太陽(yáng)能電池效率的測(cè)量原理。

2.2.5 標(biāo)準(zhǔn)硅太陽(yáng)能電池工藝和薄膜太陽(yáng)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(yáng)能電池結(jié)構(gòu)以及工作原理，GdTe，GaAs等薄膜太陽(yáng)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(gè)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(shí)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(dú)白，新時(shí)期大學(xué)教師的責(zé)任也遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性，利用課堂教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)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(shí)的學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)、良好的理論素養(yǎng)和相關(guān)實(shí)驗(yàn)技能的創(chuàng)新型人才。對(duì)于光伏技術(shù)這門課的教學(xué)來說，我們可以從以下幾個(gè)方面入手：

3.1 培養(yǎng)學(xué)生建議系統(tǒng)的知識(shí)體系，重視知識(shí)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(yáng)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(shí)框架體系出發(fā)再逐步引導(dǎo)過渡到光伏電池的知識(shí)體系，由簡(jiǎn)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(shí)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(shí)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(shì)融入到教學(xué)的內(nèi)容中來，這樣有利于加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。比如對(duì)于光伏領(lǐng)域來說，目前主力軍是第一代晶體硅太陽(yáng)能電池，產(chǎn)業(yè)界所獲得的電池效率已基本跟上實(shí)驗(yàn)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(duì)第二代薄膜太陽(yáng)能電池甚至是第三代量子點(diǎn)太陽(yáng)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(yáng)能電池的工作原理和制備工藝后，應(yīng)該進(jìn)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(shí)面。

3.2 強(qiáng)化課堂小組討論，課后實(shí)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(lì)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(duì)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(gè)組調(diào)研一種可以實(shí)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(jìn)行講解，最后由教師對(duì)各個(gè)小組的調(diào)研成果進(jìn)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(duì)某個(gè)專題進(jìn)行調(diào)研，實(shí)際上就是一種目的明確的科研鍛煉，每一個(gè)小組就是一個(gè)科研小組。整個(gè)調(diào)研過程能讓學(xué)生切切實(shí)實(shí)感受到做科研的精神，學(xué)會(huì)怎么去研究，怎么去合作交流，進(jìn)一步培養(yǎng)他們獨(dú)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(dá)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(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高動(dòng)手能力

《光伏技術(shù)》課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課，實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于加深學(xué)生對(duì)所學(xué)的理論知識(shí)的理解。在光伏技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師需要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念的改革，減少驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，而多開設(shè)學(xué)生主導(dǎo)研究型實(shí)驗(yàn)，可以讓具有高專業(yè)知識(shí)背景的骨干教師參與實(shí)驗(yàn)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(shí)和基本技能的同時(shí)，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(shí)驗(yàn)很多：如硅太陽(yáng)能電池制備、電池效率測(cè)量、減反膜厚度與折射率測(cè)量等等。光伏領(lǐng)域背后的強(qiáng)大利潤(rùn)推動(dòng)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(shí)驗(yàn)室，高校在企業(yè)中也設(shè)立了長(zhǎng)期穩(wěn)定的實(shí)習(xí)基地。這就給學(xué)生提供了更好的鍛煉機(jī)會(huì)，把實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果進(jìn)一步向產(chǎn)線推進(jìn)，使學(xué)生的知識(shí)、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(shí)與實(shí)際生活和科技進(jìn)步緊密聯(lián)系的獨(dú)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(huì)議，積極和同行交流，充實(shí)自己。

3.4 改進(jìn)教學(xué)評(píng)價(jià)

本課程的學(xué)生成績(jī)由平時(shí)成績(jī)，實(shí)驗(yàn)成績(jī)和期末成績(jī)?nèi)糠纸M成，根據(jù)考核方式，其中平時(shí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)成績(jī)各占總成績(jī)的20%，期末成績(jī)占總成績(jī)的60%。成績(jī)以百分制記。平時(shí)成績(jī)由平時(shí)作業(yè)、出勤、課堂表現(xiàn)等綜合評(píng)定，實(shí)驗(yàn)成績(jī)要注重考查學(xué)生的動(dòng)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(shí)際需要選取合適的課程教學(xué)內(nèi)容，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。在課程教學(xué)中，重視學(xué)生理論水平、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，重視學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的提高，使其成為具備光伏知識(shí)背景的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才。

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