《太阳能电池材料及制备技术》教学大纲

课程编号：MA5019

课程名称： 太阳能电池材料及制备技术

学    时： 32

学    分：  2

课程类型： 任选

课程性质： 专业课

适用专业： 材料科学与工程、电子科学与技术

先修课程： 半导体物理、薄膜物理与技术

开课学期：7

开课院系： 先进材料与纳米科技学院

一、课程的教学目标与任务

本课程以四年制工科院校本科生为对象，其任务是使学生了解太阳能清洁能源的特点与优势；掌握太阳能电池的发电原理、种类、结构、材料及器件的制备工艺；接触太阳能电池的最新的发展动态。

二、本课程与其它课程的联系和分工

本课程沿用《半导体物理》课程中对半导体PN结工作原理的知识，针对各种材料与结构的太阳能电池的原理及制备技术进行细致深入的讲解。本课程内容中第二代太阳能电池的制备技术是基于《薄膜物理与技术》课程中薄膜的制备工艺，在此基础之上进行了改进与发展。

三、课程内容及基本要求

第一章　太阳能及太阳电池                                          （4学时）

讲述当今人类社会所面临的能源问题，提出清洁可再生能源的概念，论述其分类与特点。讲述太阳能的特点及人类对其的利用方式，展望其发展远景。详细论述太阳能电池的材料、种类及基本发电原理，展望太阳能电池的发展远景。

1.基本要求

（1）了解人类面临的能源危机及可能的解决思路。

（2）掌握太阳能电池的材料、分类及基本发电原理。

（3）掌握太阳能电池的基本电特性，包括等效电路、伏安特性曲线、最大功率、开路电压、短路电流、填充因子、转换效率等。

2.重点、难点

三代太阳能电池的研发侧重，采用材料的考量因素及三代电池的基本结构和特点。

第二章　晶体硅太阳能电池                                          （6学时）

　　讲述第一代体硅电池的发展历程，讲述典型晶体硅太阳能电池的基本结构及分类，

详细讲述晶体硅太阳电池的材料—单晶硅与多晶硅的生长与提纯方法，详细论述单晶硅

与多晶硅太阳能电池片的制备工艺过程。

1.基本要求

（1）掌握第一代体硅电池的基本结构及分类。

（2）掌握单晶硅电池及多晶硅电池的材料制备方法和器件制备方法。

2.重点、难点

单晶硅与多晶硅材料的生长（直拉法、区熔法、铸造法等）与提纯（西门子法、冶金法等），单晶硅电池与多晶硅电池的制备工艺过程（硅片表面处理、扩散制结、去边、制作背面场、制作电极、制作减反膜等）

第三章     非晶硅太阳能电池                                         （4学时）

讲述第二代薄膜太阳能电池的发展历程及其分类，以典型的非晶硅薄膜太阳电池为代表，详细论述非晶硅薄膜电池与体硅电池在原理、结构上的异同，详细论述n-i-p及p-i-n型单结非晶硅电池的材料及器件制备工艺，掌握三结叠层非晶硅薄膜电池的材料及器件制备工艺。

1.基本要求

（1）非晶硅薄膜电池与体硅电池在原理、结构上的差异。

（2）n-i-p及p-i-n型单结非晶硅电池的材料及器件制备工艺。

（3）三结叠层非晶硅薄膜电池的材料及器件制备工艺。

2.重点、难点

非晶硅基合金（a-SiGe:H、a-SiC:H等）的特点与生长方法；非晶硅薄膜电池中本征层的作用及生长方法；玻璃衬底的单结p-i-n型电池的膜层生长与制备方法；不锈钢衬底的单结n-i-p型电池的膜层生长与制备方法；不锈钢/织构银/ZnO////ITO/EVA(乙烯醋酸乙烯酯)/氟聚合物结构三结非晶硅电池材料及器件制备方法；玻璃/织构二氧化锡///氧化锌/铝/EVA/玻璃结构三结非晶硅电池材料及器件制备方法。

第四章     化合物半导体太阳能电池                                     （6学时）

了解化合物半导体太阳能电池的所采用的材料；了解化合半导体太阳能电池的结构特点；掌握化合物半导体太阳能电池的种类及工作原理；二元化合物电池以最常见的是Ⅲ-Ⅴ族化合物太阳能电池—GaAs电池为代表，掌握单结GaAs太阳电池材料及器件的制备工艺；三、四元化合物电池以CIS/CIGS电池为代表，详细讲解材料及器件的制备工艺。

1.基本要求

（1）了解化合半导体太阳能电池的结构特点，掌握化合物半导体太阳能电池的种类及工作原理。

（2）掌握单结GaAs太阳电池材料及器件的制备工艺

（3）掌握CIS/CIGS电池材料及器件的制备工艺。

2.重点、难点

   化合物半导体太阳能电池的结构特点及工作原理；GaAs太阳能电池的膜层制备工艺（液相外延（LPE）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延（MBE）等）及特点；CIS/CIGS太阳能电池的膜层制备工艺（硒化法、共蒸法等）及特点。   

第五章　多结叠层太阳能电池                   （6学时）

掌握多结叠层太阳能电池的发电原理；了解常见多结太阳能电池的种类；掌握典型双结薄膜叠层太阳电池（GaInP/GaAs电池、电池、双隧道结双结电池等）材料及器件的制备工艺；掌握典型三结叠层薄膜太阳电池（GaInP/GaAs/Ge电池等）材料及器件的制备工艺。

1.基本要求

（1）掌握多结叠层太阳能电池的发电原理。

（2）掌握典型双结薄膜叠层太阳电池（GaInP/GaAs电池、电池、双隧道结双结电池等）材料及器件的制备工艺

（3）掌握典型三结叠层薄膜太阳电池（GaInP/GaAs/Ge电池等）材料及器件的制备工艺。

2.重点、难点

   多结电池能带匹配与晶格常数匹配的要求与选择；多结叠层电池中渐变缓冲层的作用及制备；多结叠层电池中隧道结的作用及制备。

第六章　微纳电子材料在太阳能电池发展中的应用　　　　　　　  （4学时）

讲述太阳能光伏产业近年来的发展趋势，重点突出在低成本高效率太阳能电池研制方

面，微纳电子材料及技术所发挥的重要作用；讲述以AlGaAs/GaAs和InP/InGaAs材料制备的量子阱太阳能电池的结构特点和工作原理；讲述以InAs/GaAs材料制备的量子点太阳电池的结构特点和工作原理；讲述纳米线、纳米管太阳电池的材料、结构特点及工作原理。

1.基本要求

（1）了解太阳能光伏产业的发展趋势。

（2）掌握常见的量子阱、量子点、纳米线和纳米管太阳电池采用的材料，及其结构和工作原理。

2.重点、难点

纳米结构中的相关效应，如强耦合效应，多激子增强效应、限域效应等的原理及其在新型太阳能电池制备中的应用。

第七章　光伏材料及电池可靠性测试技术　　　　　　　　        （2学时）

讲述现有对光伏材料及太阳电池可靠性的检测技术原理，如声学检测技术、场致发

光检测技术、目视检测技术、近红外成像检测技术等，分析各种技术的适用范围与优缺

点；重点讲述近年来兴起的新型无损检测技术—噪声检测在太阳能光伏材料及器件可靠

性检测中的应用。

1.基本要求

（1）了解现有检测技术的适用条件及不足。

（2）掌握噪声检测技术的原理与检测方法。

2.重点、难点

噪声检测技术在光伏材料及器件中应用的原理，各类型噪声（如1/f噪声、g-r噪声、微等离子体噪声）所反映材料及器件中的缺陷类型及可靠性问题。

四、教学安排及方式

总学时32学时，讲课 32 学时，实验（或上机或多种形式教学）  0 学时。

五、考核方式

课程论文

六、推荐教材与参考资料

教　材：

参考书：1）熊绍珍、朱美芳等，太阳能电池基础与应用，科学出版社，2011

       2）Tom Markvart,Luis castaner , 太阳电池：材料、制备工艺及检测，机械工业出版社，2009

       3）Hans-GuntherWagemann, Heinz Eschrich，太阳能光伏技术，西安交通大学出版社，2011

（执笔人：何亮       审核人：）

2013年 5 月17 日