西安交通大学新能源材料制备加工技术课程教学大纲一、课程基本信息新能源材料制备加工技术课程名称Processing Technology for Advanced Energy Materials课程编号MATL50310224课程学分1. 5总学时理论：20、实验：4上机：0课外：0学时分配（课外学时不计入总学时）口公共课程口通识课程课程类型口学科门类基础课口专业大类基础课口专业核心课团专业选修课口集中实践□1-1□1-2□2-1□2-2□3-1□3-2开课学期4-1□4-2□5-1□5-2先修课程大学物理、材料学，普通化学参考教材：[1] Chenming Hu and Richard M. White, Solar Cell, From Basic toAdvanced System,McGrawHill BookCompany,1983；[（美）胡晨明，R.M.还特著，（李采华译），《太阳电池》，北京大学出版社，1990年1。教材、参考[2]张红梅，崔晓华（译著），【日]滨川圭弘编著.太阳能光伏电书及其他池及其应用．北京：科学出版社，2010资料[3]衣宝廉著．燃料电池-原理、技术、应用．北京：化学工业出版社，2003[4】王晓红，黄宏等译，燃料电池基础。北京，电子工业出版社，2007[5]雷永泉主编，《新能源材料》，天津大学出版社，2000二、课程目标及学生应达到的能力2.1课程的基本要求1.了解当前能源结构与发展现状，可再生能源与高效能源转换系统；
西安交通大学新能源材料制备加工技术课程教学大纲 一、课程基本信息 课程名称 新能源材料制备加工技术 Processing Technology for Advanced Energy Materials 课程编号 MATL503102 课程学分 1.5 总学时 24 学时分配 理论: 20 实验: 4 上机: 0 课外: 0 （课外学时不计入总学时） 课程类型 公共课程 通识课程 学科门类基础课 专业大类基础课 专业核心课 专业选修课 集中实践 开课学期 1-1 1-2 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 5-1 5-2 先修课程 大学物理、材料学，普通化学 教材、参考 书及其他 资料 参考教材： [1] Chenming Hu and Richard M. White, Solar Cell, From Basic to Advanced System, McGraw Hill Book Company, 1983 ；[（美）胡 晨明，R.M. 还特著，（李采华译），《太阳电池》，北京大学出版 社，1990 年]。 [2] 张红梅，崔晓华（译著），[日]滨川圭弘编著. 太阳能光伏电 池及其应用. 北京：科学出版社，2010. [3] 衣宝廉著. 燃料电池-原理、技术、应用. 北京：化学工业出 版社，2003 [4] 王晓红，黄宏等译. 燃料电池基础. 北京，电子工业出版社， 2007. [5] 雷永泉主编，《新能源材料》，天津大学出版社，2000 二、课程目标及学生应达到的能力 2.1 课程的基本要求 1．了解当前能源结构与发展现状，可再生能源与高效能源转换系统；
2.理解太阳电池原理与种类，影响电池转换效率的材料与结构设计基本因素；3.理解燃料电池原理与特点，质子交换膜燃料电池与固体氧化物燃料电池相关材料，电池的制备与集成技术；4.掌握主要涂层技术的原理，太阳电池制备方法与工艺；5.了解新型二次电池及其相关材料技术。2.2课程的目标及学生应该达到的能力1综合运用各种专业知识分析能源材料工程领域复杂工程问题的能力使学生充分理解当前能源结构及发展现状，理解可再生能源与高校能源转换系统。熟练掌握太阳电池、燃料电池、新型二次电池等能源转换与储能电池的工作原理。能够熟悉上述电池涉及的相关典型材料的基础知识，了解并掌握能源材料的加工制备方法，并能够综合其他专业知识对相关能源材料的实际工程应用中的复杂问题进行分析，合理解释材料和性能之间的关系。支撑毕业要求指标点6-2：基于材料工程的实际应用场景进行合理分析，正确评价材料工程实践过程和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，及制约因素对方案实施的影响，并理解应承担的责任。2利用专业知识结合实验与文献研究分析并解决复杂工程问题的能力能够运用所学新能源材料及加工技术的专业知识，通过实验研究，结合其他专业知识及文献研究，对新能源材料实际应用中的复杂工程问题进行研究分析，获取科学的解决方案，充分理解环境保护和可持续发展的理念及发展新能源材料与技术的意义和重要性。支撑毕业要求指标点7-1：理解环境保护和可持续发展的理念和内涵，熟悉材料成分、生产和服役过程和对环境和社会经济可持续发展的影响。表2-1课程目标与专业毕业要求的关联关系毕业要求/352X678101112课程目标M课程目标1H课程目标2注：1,2,3·12对应于专业认证毕业要求12条。课程目标与专业毕业要求的关联关系用H/M/L标注
2. 理解太阳电池原理与种类，影响电池转换效率的材料与结构设计基本因素； 3. 理解燃料电池原理与特点，质子交换膜燃料电池与固体氧化物燃料电池相关 材料，电池的制备与集成技术； 4. 掌握主要涂层技术的原理，太阳电池制备方法与工艺； 5. 了解新型二次电池及其相关材料技术。 2.2 课程的目标及学生应该达到的能力 1 综合运用各种专业知识分析能源材料工程领域复杂工程问题的能力 使学生充分理解当前能源结构及发展现状，理解可再生能源与高校能源转换 系统。熟练掌握太阳电池、燃料电池、新型二次电池等能源转换与储能电池的工 作原理。能够熟悉上述电池涉及的相关典型材料的基础知识,了解并掌握能源材 料的加工制备方法，并能够综合其他专业知识对相关能源材料的实际工程应用中 的复杂问题进行分析，合理解释材料和性能之间的关系。 支撑毕业要求指标点 6-2：基于材料工程的实际应用场景进行合理分析，正 确评价材料工程实践过程和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以 及文化的影响，及制约因素对方案实施的影响，并理解应承担的责任。 2 利用专业知识结合实验与文献研究分析并解决复杂工程问题的能力 能够运用所学新能源材料及加工技术的专业知识，通过实验研究，结合其他 专业知识及文献研究，对新能源材料实际应用中的复杂工程问题进行研究分析， 获取科学的解决方案，充分理解环境保护和可持续发展的理念及发展新能源材料 与技术的意义和重要性。 支撑毕业要求指标点 7-1：理解环境保护和可持续发展的理念和内涵，熟悉 材料成分、生产和服役过程和对环境和社会经济可持续发展的影响。 表 2-1 课程目标与专业毕业要求的关联关系 毕业要求/ 课程目标 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 课程目标 1 M 课程目标 2 H 注：1,2,3.12 对应于专业认证毕业要求 12 条。课程目标与专业毕业要求的 关联关系用 H/M/L 标注
三、教学内容简介参考序号章节名称知识点学时当前世界能源体系、能源结构及发展现状，当前我国面临的1概述能源及环境问题、解决能源与1.1能源结构及其发展特点问题的方法及途径、发展新能21 店1.2太阳辐射的基本特点源技术的重要性、太阳能作为新能源的利用特点及太阳辐射的基本特点。2太阳电池原理太阳电池原理、半导体的特2.1半导体的特征与太阳电池的构征、太阳电池结构、典型太阳成电池种类、太阳光吸收与载流2.2光吸收与载流子的产生子的产生、载流子的复合机252.3载流子的复合机制制、PN节及其暗电流-电压特2.4PN节及其暗电流-电压特性性、PN节光生电流与电压特性、太阳能量转换效率及其影2.5pn节光生电流与电压特性2.6能量转换效率及其影响因素响因素。3太阳电池材料与制备工艺3.1硅太阳电池的种类与特点硅太阳电池种类、硅太阳电池3.2基本工艺的原理与特点（包括工作原理、硅太阳电池结构、气相沉积薄膜技术）电池优化设计原理、硅太阳电533.3电池结构的优化与设计池基本制备工艺、新型薄膜3.4薄膜太阳电池的制备阳电池种类及原理。3.5电池系统的设计3.6新型太阳电池4燃料电池燃料电池概念及分类、不同类4.1燃料电池原理与特点型燃料电池工作原理、燃料电4.2质子交换膜燃料电池材料与电池工作特点、燃料电池极化阻46池成形技术抗、典型燃料电池材料、典型4.3固体氧化物燃料电池材料与成燃料电池制备方法及工艺。形技术5新型二次电池二次电池概念、二次电池特5.1新型二次电池概述点、锂离子电池工作原理及典525.2金属氢化物镍电池材料型材料、镍氢电池工作原理及典型材料。5.3锂离子电池材料
三、教学内容简介 序号 章节名称 知识点 参考 学时 1 1 概述 1.1 能源结构及其发展特点 1.2 太阳辐射的基本特点 当前世界能源体系、能源结构 及发展现状，当前我国面临的 能源及环境问题、解决能源与 问题的方法及途径、发展新能 源技术的重要性、太阳能作为 新能源的利用特点及太阳辐 射的基本特点。 2 2 2 太阳电池原理 2.1 半导体的特征与太阳电池的构 成 2.2 光吸收与载流子的产生 2.3 载流子的复合机制 2.4 PN 节及其暗电流-电压特性 2.5 pn 节光生电流与电压特性 2.6 能量转换效率及其影响因素 太阳电池原理、半导体的特 征、太阳电池结构、典型太阳 电池种类、太阳光吸收与载流 子的产生、载流子的复合机 制、PN 节及其暗电流-电压特 性、PN 节光生电流与电压特 性、太阳能量转换效率及其影 响因素。 5 3 3 太阳电池材料与制备工艺 3.1 硅太阳电池的种类与特点 3.2 基本工艺的原理与特点（包括 气相沉积薄膜技术） 3.3 电池结构的优化与设计 3.4 薄膜太阳电池的制备 3.5 电池系统的设计 3.6 新型太阳电池 硅太阳电池种类、硅太阳电池 工作原理、硅太阳电池结构、 电池优化设计原理、硅太阳电 池基本制备工艺、新型薄膜太 阳电池种类及原理。 5 4 4 燃料电池 4.1 燃料电池原理与特点 4.2 质子交换膜燃料电池材料与电 池成形技术 4.3 固体氧化物燃料电池材料与成 形技术 燃料电池概念及分类、不同类 型燃料电池工作原理、燃料电 池工作特点、燃料电池极化阻 抗、典型燃料电池材料、典型 燃料电池制备方法及工艺。 6 5 5 新型二次电池 5.1 新型二次电池概述 5.2 金属氢化物镍电池材料 5.3 锂离子电池材料 二次电池概念、二次电池特 点、锂离子电池工作原理及典 型材料、镍氢电池工作原理及 典型材料。 2
四、教学安排详表敏学方式学时教学要求对课程目标(授课、实教学内容章节顺序分配验、上机、（知识要求及能力要求）的支撑关系讨论)使学生能够了解当前世界能源结构，了解能源概述能源结构及发展现状，高效能源课程目标1第一章2授课使用发展过程及现状，理解发展高效能源转换转换系统。课程目标2系统的意义及重要性。使学生理解太阳电池原理，太阳电池分类，理课程目标1第二章5授课主讲太阳电池原理解并掌握太阳电池工作特性，理解并掌握太阳课程目标2电池转换效率及其影响因素。使学生熟悉并了解太阳电池的典型材料，了解课程目标1第三章主要讲解太阳电池材料与制备工5投课太阳电池结构及设计优化方法，熟暴太阳电池课程目标2制备过程中的相关加工工艺。使学生熟悉了解燃料电池基本概念，了解燃料电池工作原理及特点，掌握质子交换膜与固体主要讲解燃料电池基本概念，工作原氧化物燃料电池工作原理，熟悉相关典型材料课程目标1第四章6授课理及相关成型技术及制备工艺。掌握质子交换膜燃料电池与固体课程目标2氧化物燃料电池输出特性，理解并掌握电池性能影响因素。使学生基本掌握典型二次电池类型，工作原课程目标1主要讲解典型二次电池工作原理，结第五章2授课理，结构及材料，了解二次电池工作特点及应构及材料课程目标2用
四、教学安排详表 章节顺序 教学内容 学时 分配 教学方式 （授课、实 验、上机、 讨论） 教学要求 （知识要求及能力要求） 对课程目标 的支撑关系 第一章 概述能源结构及发展现状，高效能源 转换系统。 2 授课 使学生能够了解当前世界能源结构，了解能源 使用发展过程及现状，理解发展高效能源转换 系统的意义及重要性。 课程目标 1 课程目标 2 第二章 主讲太阳电池原理 5 授课 使学生理解太阳电池原理，太阳电池分类，理 解并掌握太阳电池工作特性，理解并掌握太阳 电池转换效率及其影响因素。 课程目标 1 课程目标 2 第三章 主要讲解太阳电池材料与制备工 5 授课 使学生熟悉并了解太阳电池的典型材料，了解 太阳电池结构及设计优化方法，熟悉太阳电池 制备过程中的相关加工工艺。 课程目标 1 课程目标 2 第四章 主要讲解燃料电池基本概念，工作原 理及相关成型技术 6 授课 使学生熟悉了解燃料电池基本概念，了解燃料 电池工作原理及特点，掌握质子交换膜与固体 氧化物燃料电池工作原理，熟悉相关典型材料 及制备工艺。掌握质子交换膜燃料电池与固体 氧化物燃料电池输出特性，理解并掌握电池性 能影响因素。 课程目标 1 课程目标 2 第五章 主要讲解典型二次电池工作原理，结 构及材料 2 授课 使学生基本掌握典型二次电池类型，工作原 理，结构及材料，了解二次电池工作特点及应 用。 课程目标 1 课程目标 2
五、实践环节实验对课程目标的实验名称实验内容教学方法编号支撑关系1.单晶硅/多晶硅单电现场讲解试验任池输出特性测试；2.务，仪器，试验内单晶硅/多晶硅单阵单晶硅/多晶硅容后由学生自主课程目标1列输出特性测试；3.1太阳电池输出操作试验流程，记不同条件下太阳电池课程目标2特性测试录试验数据并分输出特性（辐射强度、析，提交试验报电池个数、排列方式告。等)现场讲解试验任1.电池输出特性测务，仪器，试验内试电路组装；2.温度固体氧化物燃容后由学生自主对电池输出特性的影课程目标12料电池（SOFC）操作试验流程，记响规律：3.气体成分课程目标2录试验数据并分输出性能测试对电池输出特性的影析，提交试验报响规律。告。六、考核方式及成绩构成6.1考核成绩构成平时作业：20%，（包含：平时作业）实验（上机）：10%；（包含：两次实验）期末：70%<课程大论文，在给定课题中选择课题，通过文献调研，查阅总结，结合课堂知识进行课题论文总结与撰写》6.2课程目标的考核环节与评分标准1课程教学与考核环节及其对应的课程目标的汇总课堂授课主要使学生掌握新能源材料及加工技术相关的基础知识，概念及方法，以及培养学生对工程问题的分析和研究能力，对应课程目标1和课程目标2。平时作业主要培养学生利用基础知识，对复杂工程问题的分析研究能力，对应课程课程目标1和课程目标2。实验环节主要培养学生的动手操作能力，通过现场实验并分析数据加深对课题知识的理解，同时启发学生对实际工程问题的解决方式和解决思路的探索，同时培养学生的总结能力，学会利用数据分析研究解决复杂工程问题的能力，对应课程课程目标1和课程目标2。另外，在期末课程论文（满分100分）中，有50分考核学生基础
五、实践环节 实验 编号 实验名称 实验内容 教学方法 对课程目标的 支撑关系 1 单晶硅/多晶硅 太阳电池输出 特性测试 1.单晶硅/多晶硅单电 池输出特性测试；2. 单晶硅/多晶硅单阵 列输出特性测试；3. 不同条件下太阳电池 输出特性（辐射强度、 电池个数、排列方式 等） 现场讲解试验任 务，仪器，试验内 容后由学生自主 操作试验流程，记 录试验数据并分 析，提交试验报 告。 课程目标 1 课程目标 2 2 固体氧化物燃 料电池（SOFC） 输出性能测试 1. 电池输出特性测 试电路组装；2. 温度 对电池输出特性的影 响规律；3. 气体成分 对电池输出特性的影 响规律。 现场讲解试验任 务，仪器，试验内 容后由学生自主 操作试验流程，记 录试验数据并分 析，提交试验报 告。 课程目标 1 课程目标 2 六、考核方式及成绩构成 6.1 考核成绩构成 平时作业： 20 %，（包含：平时作业） 实验（上机）： 10 %；（包含：两次实验） 期末： 70 % <课程大论文，在给定课题中选择课题，通过文献调研，查阅总结，结合课 堂知识进行课题论文总结与撰写> 6.2 课程目标的考核环节与评分标准 1 课程教学与考核环节及其对应的课程目标的汇总 课堂授课主要使学生掌握新能源材料及加工技术相关的基础知识，概念 及方法，以及培养学生对工程问题的分析和研究能力，对应课程目标 1 和课 程目标 2。平时作业主要培养学生利用基础知识，对复杂工程问题的分析研 究能力，对应课程课程目标 1 和课程目标 2。实验环节主要培养学生的动手 操作能力，通过现场实验并分析数据加深对课题知识的理解，同时启发学生 对实际工程问题的解决方式和解决思路的探索，同时培养学生的总结能力， 学会利用数据分析研究解决复杂工程问题的能力，对应课程课程目标 1 和课 程目标 2。另外，在期末课程论文（满分 100 分）中，有 50 分考核学生基础