太阳能电池材料电子教案(二)
优点：可以获得较高水温
缺点：忽冷忽热（可以推算若干时间内的加热水量）、已损坏
四、暖房
1、组成
太阳能收集器、热储存装置、辅助能源系统、室内暖房风扇
3、原理
通过画图帮助学生理解
五、太阳能发电
太阳能→电能→电容器中→使用
知识拓展
一、空间太阳能电源
1、主要性能
2、可靠性
3、太阳能路灯
二、第一个太阳能发电站
在太阳能热系统中，接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。
2、分类
⑴按传热工质：液体集热器、空气集热器
⑵按采光方式：聚光型、聚焦型
⑶真空集热器
三、太阳能热水系统
1、元件：收集器、储存装置及循环管路
2、循环方式
⑴自然循环
通过画图的方式帮助学生理解其工作原理
优点：水温稳定，维护简单
缺点：不能获得较高水温
三、太阳能路灯
四、太阳能充电器
五、太阳简介
1、氦反应区
2、辐射区
3、对流区
4、太阳大气
六、我国太阳能利用产业现状
七、我国太阳能利用产业前景
Ⅳ、归纳总结：5分钟
太阳能利用优缺点
太阳能热利用
Ⅴ、布置作业：2分钟
课后习题6、7、8、9、10
教学反思
教研组长签名：教务科长签名：
年月日
教
学
过
程
Ⅰ、课堂组织：5分5分钟
提问：1、什么是太阳能及利用原理？
2、太阳电池发电原理？
3、晶体硅太阳电池发电原理？
Ⅲ、讲授新课：75分钟
第一章太阳能
一、太阳能热利用方式
1、太阳能集热器
2、太阳能热水系统
3、太阳能暖房
4、太阳能发电
二、太阳能集热器
1、定义
授课日期
授课节次
授课班级
10G2
10G3
10G4
1.8太阳能热利用知识拓展
教学目的
1、掌握太阳能热利用的方式。
2、掌握太阳能集热器与太阳能热水系统的区别。
教学重点
1、太阳能热利用的方式。
2、太阳能集热器与太阳能热水系统的区别。
教学难点
能用所学知识解释生活中常见的现象
教学准备
教案教参教材
教学方法
探究式教学法
太阳能电池教案
3．测量太阳能电池的光照特性：
在暗箱中（用遮光罩挡光），取离白炽灯光源 水平距离光强作为标准光照强度，用光功率计测量该处的光照强度 ；改变太阳能电池到光源的距离 ,用光功率计测量 处的光照强度J，求光强J与位置 的关系。测量太阳能电池接收到相对光强度 不同值时，相应的 和 的值。
（1）描绘 和相对光强度 之间的关系曲线，求 和与相对光强 之间近似关系函数。
（2）描绘出 和相对光强度 之间的关系曲线，求 与相对光强度 之间近似函数关系。
【实验注意事项】
1、辐射光源的温度较高，因避免与灯罩接触。
2、辐射光源的供电电压为220V，因小心触电。
【课堂总结、点评】
教师活动：让学生概括总结本节实验的内容。
学生活动：认真总结概括本次实验内容，并把自己这节课的体会写下来。
设计说明：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架
【板书设计】
一、实验原理
1．太阳电池的结构
2．太阳能电池的工作原理——光伏效应
3．太阳电池的等效电路
4．太阳电池的表征参数
3．太阳电池的等效电路
图三、太阳电池的等效电路图
太阳电池可用pn结二极管D、恒流源Iph、太阳电池的电极等引起的串联电阻Rs和相当于pn结泄漏电
流的并联电阻Rsh组成的电路来表示，如图3所示，该电路为太阳电池的等效电路．由等效电路图可以得出太阳电池两端的电流和电压的关系为
（7）
为了使太阳电池输出更大的功率，必须尽量减小串联电阻Rs，增大并联电阻Rsh．
运用所学知识，对太阳能的伏安特性进行测量，提高学生对物理的学习兴趣。
【重点难点】
实验原理的理解及实验操作的理解。
太阳能电池材料电子教案(非晶硅半导体材料)
(2) Vl=0时Ilmax=Ics (短路电流没)
2、率时工作的电流密度和电压
FF:填充因子
Ics：短路电流
Voc：开路电压
Ⅳ、归纳总结：5分钟
1、非晶硅材料的光学性质表现在？电学性质表现在？
2、非晶硅太阳电池工作原理？
3、转换效率如何计算？
Ⅴ、布置作业：1分钟
1、非晶硅材料的电学性能不如晶体硅的原因？
2、非晶硅材料的光学性能强于晶体硅的原因？
3、非晶硅太阳电池的工作原理？电池转换效率与那些因素有关？
教学反思
教研组长签名教务科长签名
年月日
授课日期
授课节次
授课班级
教学目的
1、掌握非晶硅的光电性能
2、了解非晶硅的长程无序对其能带的影响
3、掌握非晶硅太阳电池的工作原理
教学重点
1、掌握非晶硅的长程无序对其光学性能和电学性能的影响
2、掌握非晶硅太阳电池的工作原理
教学难点
1、理解a-Si：H能带模型
2、知道为什么将非晶硅太阳电池设计成pin结构
二、非晶硅材料的光电特性
（一）电学性能
1、表现：非晶硅中电子和空穴的迁移率比晶体硅小得多
2、结果：导电性不如晶体硅
（二）光学性能
1、表现：不受长程有序性限制，电子跃迁过程中不再受准动量守恒定律限制
2、结果：吸光性强于晶体硅
(三)本征吸收系数大
6.1.2非晶硅太阳电池的特征
一、工作原理（薄、成本低）
1、光→p→i→e-h对→h向p移，e向n移→形成Il和Ul（方向p→n）
教学准备
教材教案教参
教学方法
探究式教学法比较法
太阳能电池材料电子教案(提高非晶硅太阳电池稳定性的研究)
Ⅲ、讲授新课：78分钟
6.2.2提高非晶硅太阳电池稳定性的研究
一、S-W效应
㈠、定义
非晶硅基合金的光暗电导率随光照时间加长而减小，经170摄氏度-200摄氏度，退火2小时，又可恢复原状，称为S-W效应。
㈡、实质：光致亚稳效应
㈢、五种微观模型
1、Si-Si弱键模型
亚稳缺陷→光生载流子→直接无辐射复合→复合能
授课日期
授课节次
授课班级
教学目的
1、掌握什么是S-W效应及实ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ；了解关于a-Si:H中光致亚稳变化的几种模型。
2、知道提高电池稳定效率应该从那两个方向着手
3、知道消除S-W效应的入手点及普遍采用的成熟技术
4、掌握叠层电池结构的优点与缺点及至今提高非晶硅太阳电池稳定效率的成熟技术
教学重点
1、S-W效应及实质
㈠、改进i层材料
方法：H2稀释反应气体法
㈡、采用叠层电池结构
1、问题
叠层→多个子电池→多个p-i界面→多个p-i异质界面
1多层不匹配障碍→电子输出↓
2每层i都可能引入C杂质→光致亚稳缺陷↑
2、处理方法
H+处理法（可使）：①底电池透光率↑
②串联电阻↓
Ⅳ、归纳总结：2分钟
1、S-W效应的定义和实质
2、提高非晶硅太阳电池稳定效率的着手点（2点）
2、至今提高非晶硅太阳电池稳定效率的成熟技术
3、叠层电池结构的优与缺
教学难点
1、S-W效应及实质
2、至今提高非晶硅太阳电池稳定效率的成熟技术
教学准备
教材教案
教学方法
探究式教学法、分析法
教
学
过
程
Ⅰ、课堂组织：2分钟
太阳能电池材料电子教案(光生伏特效应)
1、光电池基本特征
2、能带相关知识。
教学准备
教材、教案
教学方法
分析法、讨论法、归纳总结法。
教
学
过
程
Ⅰ、课堂组织：3min
组织课堂纪律、点名
Ⅱ、复习旧课，导入新课：5min
提问：1、什么是半导体？本征、P型、N型半导体？半导体优点？
2、本征半导体导电性能与什么有关？
3、P型、N型半导体中多子？少子？
授课日期
授课节次
授课班级
教学目的
1、掌握本征吸收的定义及条件。
2、掌握光生伏特效应的简单定义及完整概念。
3、复习P-N结形成过程，明白它与光伏特效应的关系。
4、明确光伏特效应与光电池关系级光电池基本特性。
5、掌握能带有关知识。
教学重点
1、本征吸收的定义。
2、光生伏特效应概念及与P-N结.光电池关系。
三、基本特性
1、光谱特性
光电池对不同波长的光的灵敏度不同波长的灵敏度不同和光生电动势是不同的，他们之间的关系是光照特性。
3、温度特性
描述光电池开路电压和短路电流随温度变化情况。
a、开路电压随温度升高而下降的速度较快。
b、短路电流随温度升高而缓慢增加。
Ⅳ、归纳总结：5 min
1、P-N结形成过程
2、光电池工作原理
3、光生伏特效应定义、原理。
Ⅴ、布置作业：2min
课后习题: 2、5、6
教学反思
教研组长签名：教务科长签名：
年月日
4、PN结特性
Ⅲ、讲授新课：75 min
第三章光伏特效应
一、P-N结
1、定义（形成过程）
半导体在受到照射时产生电动势的现象。
2、原理（画出图形）
优质课教案(电池材料)
2、如果吸收的能量大于半导体的禁带宽度，就有可能是电子从价带跃迁到导带从而产生电子——空穴对，这种吸收称为本征吸收。
三、非平衡载流子的产生和光电导现象
2、当用适当的光照射该半导体产生电子--空穴对,导带比平衡时多出一部电子ΔN,价带比平衡时多出一部分空穴ΔP,ΔN和ΔP就是非平衡载流子浓度,总的载流子浓度增加,电导率增大,称为半导体材料的光电导现象.
四、光生伏特效应的定义
1、定义:半导体在受到光照时产生电动势的现象
光伏发电定义:光能直接转变为电能的一种技术。关键元件是太阳能电池。
五、掺P的N—SI的能带模型以及在太阳光下的变化
1、在阳光下照射⇒通过光的能量电子从化学键中被释放⇒产生电子—空穴对⇒很短的时间内（在μS范围内）电子又被捕获，即电子和空穴“复合”⇒仅是被加热，外部看不出变化。
三、非平衡载流子的产生和光电导现象
1、在一定温度下,没有光照时,在一块N型半导体中电子和空穴的浓度分别为N0和P0.
②提问: N0和P0什么关系?
2、当用适当的光照射该半导体,只要光子的能量大于半导体的禁带宽度,光子就能把电子从价带激发到导带上去,产生电子--空穴对,导带比平衡时多出一部电子ΔN,价带比平衡时多出一部分空穴ΔP,ΔN和ΔP就是非平衡载流子浓度,总的载流子浓度增加,电导率增大,称为半导体材料的光电导现象.
2、光生伏特效应原理和过程：具有足够能量的光子⇒电子从共价键中激发⇒产生电子—空穴对⇒界面层附近的电子和空带负电的P区运动。
3、晶体硅太阳能电池:开路电压的典型数值为0.5~0.6V。
课时授课计划
科目
太阳能电池材料
授课教师
授课日期
九年级下册物理《太阳能》教案、教学设计
2.教师鼓励学生关注新能源技术的发展，激发学生的创新意识。
“希望大家能够关注新能源技术的发展，尤其是太阳能电池的研究与应用。也许在不久的将来，你们中的某些人将成为新能源领域的专家，为我国新能源事业做出贡献。”
2.教师结合实验，讲解太阳能电池输出电压、电流与光照强度之间的关系。
“下面我们通过实验来观察太阳能电池的输出电压、电流与光照强度之间的关系。请同学们注意观察实验现象，思考其中的原因。”
（三）学生小组讨论，500字
1.教师将学生分成小组，针对太阳能电池的优点、缺点及应用进行讨论。
“请大家结合所学知识，讨论一下太阳能电池的优点、缺点以及在我们生活中的应用，并将讨论结果记录下来。”
4.引导学生关注太阳能技术的发展，培养学生关注时事、联系实际的学习态度。
5.通过对太阳能电池优缺点的分析，激发学生创新思维，培养学生的创新意识。
（三）情感态度与价值观
1.增强学生对太阳能作为一种清洁、可再生能源的认识，培养学生环保意识和可持续发展观念。
2.激发学生对物理学科的兴趣，提高学生对科学技术的热爱，培养学生创新精神和实践能力。
此外，学生在团队合作方面有待提高，通过分组实验等形式，培养学生团队协作精神和沟通能力，使他们在合作中共同成长。
三、教学重难点和教学设想
（一）教学重难点
1.理解太阳能电池的工作原理及其能量转换过程。
2.掌握太阳能电池输出电压、电流与光照强度之间的关系。
3.认识到太阳能作为一种清洁、可再生能源的重要性和在我国的应用前景。
九年级下册物理《太阳能》教案、教学设计
高中物理太阳能电池的设计原理教案
高中物理太阳能电池的设计原理教案一、引言太阳能电池是一种能将太阳光直接转化为电能的设备，具有清洁、可再生等优点，因此在当今社会中得到广泛应用。
本教案旨在介绍高中物理中太阳能电池的设计原理，帮助学生深入了解太阳能电池的工作原理及其在可持续发展中的重要性。
二、太阳能电池的基本原理1. 帕夫洛夫定律根据帕夫洛夫定律，当光照强度保持不变时，太阳能电池的输出电压与负载电流成正比。
这意味着太阳能电池的输出功率与光照强度成正比。
2. 光电效应太阳能电池通过光电效应将太阳光中的光子能量转化为电子能量。
当光子能量大于光电发射物质的逸出功，光子通过撞击光电发射物质表面的电子，使其脱离固体成为自由电子并形成电流。
三、太阳能电池的结构与工作原理1. 太阳能电池的结构太阳能电池通常由正负两个半导体层（P-N结）组成。
其中，P区富含电子，N区富含正电子。
两个区域形成的P-N结在光照下会形成电势差，从而产生电流。
2. 太阳能电池的工作原理当太阳光照射到太阳能电池上时，光子能量被P-N结吸收，激发P 区的电子跃迁至N区。
这个过程称为光生电势。
同时，在P-N结上形成了能势垒，将电子和空穴分离。
电子通过外部电路回到P区，形成电流。
这样，太阳能电池将光能转化为电能并输出。
四、太阳能电池的设计与优化1. 选择合适的半导体材料太阳能电池的最关键部分是P-N结。
合适的半导体材料能够提高太阳能电池的效率。
如硅、硒化镉等材料在太阳能电池中应用广泛。
2. 提高光吸收率增加太阳能电池表面的纳米结构、使用反射层等方法可以提高光吸收率，从而增加太阳能电池的光电转换效率。
3. 优化电子传输通过控制P-N结的形状、选择合适的材料，优化电子的传输路径，从而减少电阻损耗，提高太阳能电池的效率。
五、太阳能电池的应用与前景1. 清洁能源应用太阳能电池作为一种清洁、可再生的能源形式，可以广泛应用于居民用电、农业水泵、交通信号灯等领域，以减少对传统能源的依赖。
2. 可持续发展太阳能电池的应用有助于减少化石能源的消耗，降低温室气体排放，推动可持续发展，为人类未来提供持久而可靠的能源来源。
太阳能电池材料电子教案(铸造多晶硅概述)
（三）直拉单晶硅与铸造多晶硅比较（图8）
(四)铸造多晶硅的缺点
高密度位错、晶界、微缺陷、相对较高的杂质浓度(晶体与坩埚接触)
补充：1970年以前，直拉单晶硅是唯一大规模工业化生产的材料，高效率、工艺稳定成熟、但是成本相对较高。
1975→1976→1980年，非晶硅商品化，效率低、效率衰减、稳定性差。
Ⅴ、布置作业：1分钟
课后习题：1、2
教学反思
教研组长签名教务科长签名
年月日教Biblioteka 难点掌握直拉单晶硅与铸造多晶硅的不同
教学准备
教材教案教参
教学方法
探究式教学法
教
学
过
程
Ⅰ、课堂组织：2分钟
组织课堂纪律点名
Ⅱ、复习旧课，导入新课：4分钟
问题：1、五种太阳电池用硅材料中，应用最广泛的是哪两种？
2、直拉单晶硅的制备工艺？机械加工工艺？
Ⅲ、讲授新课：78分钟
第八章铸造多晶硅
一、定义
利用铸造技术制备硅多晶体，称为铸造多晶硅。
二、电池材料整体发展状况
三、直拉与铸造的优势比较
（一）直拉单晶硅的成本弱势
1、种晶过程——人力成本增加
2、切片成圆——组件空间利用率小——成本增加
3、切片成方——原料利用率底——成本增加
（二）铸造多晶硅优势
1、制造成本底——自动化生产
2、材料利用率高
a、方形坩埚
b、废料再利用
3、晶体生长简便（无需缩颈、放肩、滚圆等过程）
1979→1980年，80年代末，铸造多晶硅和带状多晶硅得到快速发展。铸造多晶硅：10％（80年代末）→36％（1996）→50％以上（2001年）→53％（目前）成为最主要的太阳电池材料
太阳能电池材料电子教案(非晶硅太阳电池的制备)
教学准备
教材教案教参
教学方法
探究式教学法
教
学
过
程
Ⅰ、课堂组织：2分钟
组织课堂纪律点名
Ⅱ、复习旧课，导入新课：4分钟
问题：1、以玻璃为衬底的非晶硅太阳电池的结构？吸光层？受光层？电极？
2、以不锈钢为衬底的非晶硅太阳电池的结构？吸光层？受光面？电极？
3、叠层电池各子电池的i层材料选择要求？
Ⅲ、讲授新课：80分钟
第六章非晶硅太阳电池材料
6.1.3非晶硅太阳电池的制备
一、pin集成型a-Si太阳电池
（一）制造工艺
清洗烘干玻璃衬底→生长Tco膜→激光切割Tco膜→依次生长pin非晶硅膜
→激光切割a-Si膜→Al电极→激光切割电极
1、Tco膜
（1）种类：ITO、SnO2、ZnO
6.2.1提高非晶硅太阳电池转换效率的技术措施
教学目的
1、掌握pin集成型太阳电池的制造工序
2、掌握PECVD法制非晶硅基薄膜材料的原理，了解其两种沉积方法
3、了解p型窗口材料及其前后界面特性的改进过程
教学重点
掌握pin集成型太阳电池的制造工序及进行切割的原因
教学难点
1、PECVD法制非晶硅薄膜材料的原理
（2）选择：玻璃衬底上电极用的是SnO2或SnO2/ZnO复合膜
不锈钢衬底上电极用的是ITO
(3)生长方法：ITO、ZnO—磁控测设法
SnO2—化学气相沉积法
2、a-Si基膜
（1）制法：PECVD法
（2）过程：SiH4等原料气→真空反应室→放电分解→在Tco膜玻璃衬底上沉积
（3）沉积系统：①单室②分室连续
（4）PECVD法优点：可以通过在SiH4中混入含不同杂质得到不同的基薄膜
《太阳能电池材料与制备技术》教学大纲
《太阳能电池材料与制备技术》课程教学大纲 一、课程基本信息英文名称 Solar Cells：Materials andFabrication课程代码 PHYS2026课程性质 专业选修课程 授课对象 物理学学 分 2学分 学 时 36学时主讲教师 修订日期 2021.9指定教材 杨德仁，《太阳电池材料》，化学工业出版社，2018年二、课程目标（一）总体目标：本课程的知识目标：了解太阳能电池发展史、应用和前沿；掌握半导体材料光电性能和制备方法；系统掌握太阳能电池的基本概念、基本原理及制备方法；了解不同类型太阳能电池的优缺点和应用范围。
能力目标：掌握物理学知识在太阳能电池中的实际应用，提高解决交叉学科领域问题的能力，锤炼科学思维能力和科研创新能力。
素质目标：掌握辩证唯物主义基本原理，建立科学的世界观和方法论；富有科学精神，勇于在物理学、材料学前沿及交叉领域探索、创新与攀登。
（二）课程目标：课程目标1：了解太阳能电池的发展历史，结合材料科学的发展更深入地认识太阳能电池；了解太阳能电池的应用及适用范围；了解太阳能电池实验和理论研究的前沿进展和应用前景；使学生认识到太阳能电池理论在现代科学研究领域的重要意义，掌握辩证唯物主义基本原理，建立科学的世界观和方法论。
课程目标2：掌握基本的材料学知识，掌握半导体材料的光电特性等知识，学会运用物理学、材料学、半导体理论等基础知识对太阳能电池的结构、原理进行分析，深入理解太阳能电池的基本原理；训练学生运用理论知识分析实际器件的能力，培养和提高学生的应用理论知识的能力和解决交叉学科领域实际问题的能力。
课程目标3：掌握各种硅材料的制备方法和功能特性，掌握硅太阳能电池的制备流程，掌握硅太阳能电池中的光学设计；掌握其他类型太阳能电池比如有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池的基本原理和相关材料制备方法，培养和提高学生对功能材料的了解，掌握对物理学知识应用于实际的基本技能，锤炼科学思维能力和科研创新能力。