《新能源材料与器件实验》课程教学大纲课程概况课程名称课程号新能源材料与器件实验207412027Experimentson newenergy课程英文名称学时/学分72/2materials and devices功能材料、新能源材料与必修适用专业课程性质器件王琦、刘德全、闫德、黄课程负责人刘奇明教学团队娟娟、吴影、徐英、王国景、王子磊选用教材及《新能源材料与器件综合实验讲义》参考书目课程简介：新能源材料与器件本科专业是适应我国新能源、新材料、节能环保、高端装备制造等国家战略性新兴产业发展需要而设立的，是由材料、物理、化学、电子、机械等多学科交叉，以能量转换与存储材料及其器件设计、制备工程技术为培养特色的战略性新兴专业。该专业重点研究与开发新一代高性能绿色能源材料、技术和器件，发展新能源材料的学术研究方向。在培养该专业本科人才过程中，为使学生更深入地了解掌握与这些与新能源材料和器件相关的生产工艺流程以及实验研究方法，培养学生的实践动手与创新研究能力，开设《新能源材料与器件本科专业实验》实验课程。课程目标（CourseObjectives,CO)了解新能源材料与器件的基本研究方法：理解新能源材料与器件相知识目标（CO1)关制备与基本测试设备的原理、功能及使用方法，并能够独立操作。通过亲自动手操作提高理论与实践相结合的能力，提高理论学习的能力目标（CO2)主动性。培养学生实事求是、严谨的科学作风，培养学生的实际动手能力，素质、情感价值观目标（CO3)提高实验技能。团PMI讲授法教学18学时25%学时%PM2研讨式学习教学方式口PM3案例教学学时%口PM4翻转课堂学时%(PedagogicalMethods,PM)口PM5混合式教学学时%ZPM6体验式学习54学时75%考口EMI课程作业%口EM2单元测试EM3课堂辩论o/0%试课考核方式必口EM6撰写论文/(Evaluation%%EM5期末考试EM4期中考试%选实验报告Methods,EM)考%EM3课堂辩论%口EMI课程作业口EM2单元测试%查1
1 《新能源材料与器件实验》课程教学大纲 一、课程概况 课程名称 新能源材料与器件实验 课程号 207412027 课程英文名称 Experiments on new energy materials and devices 学时/学分 72/2 课程性质 必修 适用专业 功能材料、新能源材料与 器件 课程负责人 刘奇明 教学团队 王琦、刘德全、闫德、黄 娟娟、吴影、徐英、王国 景、王子磊 选用教材及 参考书目 《新能源材料与器件综合实验讲义》 课程简介：新能源材料与器件本科专业是适应我国新能源、新材料、节能环保、高端装备制造等国家战 略性新兴产业发展需要而设立的，是由材料、物理、化学、电子、机械等多学科交叉，以能量转换与存 储材料及其器件设计、制备工程技术为培养特色的战略性新兴专业。该专业重点研究与开发新一代高性 能绿色能源材料、技术和器件，发展新能源材料的学术研究方向。在培养该专业本科人才过程中，为使 学生更深入地了解掌握与这些与新能源材料和器件相关的生产工艺流程以及实验研究方法，培养学生的 实践动手与创新研究能力，开设《新能源材料与器件本科专业实验》实验课程。 课程目标（Course Objectives, CO) 知识目标（CO1) 了解新能源材料与器件的基本研究方法；理解新能源材料与器件相 关制备与基本测试设备的原理、功能及使用方法，并能够独立操作。 能力目标（CO2) 通过亲自动手操作提高理论与实践相结合的能力，提高理论学习的 主动性。 素质、情感价值观目标（CO3) 培养学生实事求是、严谨的科学作风，培养学生的实际动手能力， 提高实验技能。 教学方式 （Pedagogical Methods,PM） □√ PM1 讲授法教学 18 学时 25 % □PM2 研讨式学习 学时 % □PM3 案例教学 学时 % □PM4 翻转课堂 学时 % □PM5 混合式教学 学时 % ☑PM6 体验式学习 54 学时 75 % 考核方式 （Evaluation Methods,EM） 考 试 课 必 选 □EM1 课程作业 % □EM 2 单元测试 % □EM3 课堂辩论 % □EM4 期中考试 % □EM5 期末考试 % □EM6 撰写论文/ 实验报告 % 考 查 □EM1 课程作业 % □EM 2 单元测试 % □EM3 课堂辩论 %
课EM5撰写论文/必口EM4期末考试%%实验报告选%%口EM10课堂互动ZEMII实验40%口EM12实训自选ZEM6撰写实验%口EM13实践口EM14期末考试%60%报告2
2 课 必 选 □EM4 期末考试 % □EM5 撰写论文/ 实验报告 % 自 选 □EM10 课堂互动 % ☑EM11 实验 40% □EM12 实训 % □EM13 实践 % □EM14 期末考试 % ☑EM6 撰写实验 报告 60%
二、教学大纲的定位说明（一）课程教学目标与任务1.了解新能源材料与器件的基本研究方法；2.理解新能源材料与器件相关制备与基本测试设备的原理、功能及使用方法，并能够独立操作；3.通过亲自动手操作提高理论与实践相结合的能力，提高理论学习的主动性；4.开设本课程的目的是培养学生实事求是、严谨的科学作风，培养学生的实际动手能力，提高实验技能；5.能够按时上课并进行课堂互动、按要求完成实验报告。（二）课程教学目标与毕业要求的关系课程目标支撑的毕业要求支撑强度1H1-2知识目标（CO1)32-5H能力目标（CO2）素质、情感价值观目标4M9,10(CO3)（三）支撑课程目标的教学内容与方法基础理论和实验方法的课堂讲授，随后开展实验并完成实验报告撰写。（四）与先修及后续课程之间的逻辑关系和内容衔接由于是专业实验课，所以需要学生首先掌握《电化学储能原理及应用》《半导体物理与器件》和《零碳能源原理与技术》等课程知识，再通过本课程培养学生对新能源材料和器件的制备及测试方法的实践能力。（五）检验课程目标达成度的考核方法和评分标准通过到课率及课程问答等了解学生实验课程的认真程度3
3 二、教学大纲的定位说明 （一）课程教学目标与任务 1.了解新能源材料与器件的基本研究方法； 2.理解新能源材料与器件相关制备与基本测试设备的原 理、功能及使用方法，并能够独立操作； 3.通过亲自动手操作提高理论与实践相结合的能力，提高 理论学习的主动性； 4.开设本课程的目的是培养学生实事求是、严谨的科学作 风，培养学生的实际动手能力，提高实验技能； 5.能够按时上课并进行课堂互动、按要求完成实验报告。 （二）课程教学目标与毕业要求的关系 课程目标 支撑的毕业要求 支撑强度 知识目标（CO1) 1-2 1 H 能力目标（CO2) 3 2-5 H 素质、情感价值观目标 （CO3) 4 9,10 M （三）支撑课程目标的教学内容与方法 基础理论和实验方法的课堂讲授，随后开展实验并完成 实验报告撰写。 （四）与先修及后续课程之间的逻辑关系和内容衔接 由于是专业实验课，所以需要学生首先掌握《电化学储 能原理及应用》《半导体物理与器件》和《零碳能源原理与 技术》等课程知识，再通过本课程培养学生对新能源材料和 器件的制备及测试方法的实践能力。 （五）检验课程目标达成度的考核方法和评分标准 通过到课率及课程问答等了解学生实验课程的认真程度
和对课程知识的熟悉程度。实验操作占40%，实验报告撰写占60%，总评成绩为百分制，60分及格。三、课程内容与安排绪论1.介绍新能源材料与器件综合实验的主要内容2.学生上课要求，课程评定，分组情况等实验1四探针法测量电阻率一、实验目的或实验原理1.了解四探针电阻率测试仪的基本原理；2.了解四探针电阻率测试仪组成、原理和使用方法；3.能对给定的薄膜和块体材料进行电阻率测量，并对实验结果进行分析、处理。二、实验内容1.测量单晶硅样品的电阻率；2.测量FTO导电层的方块电阻：3.对测量结果进行必要的修正。三、实验仪器与材料四、探针测试仪、P型/N型硅片、FTO导电玻璃。Av3241SSSITO
4 和对课程知识的熟悉程度。实验操作占 40%，实验报告撰写 占 60%，总评成绩为百分制，60 分及格。 三、课程内容与安排 绪论 1.介绍新能源材料与器件综合实验的主要内容 2.学生上课要求，课程评定，分组情况等 实验 1 四探针法测量电阻率 一、实验目的或实验原理 1.了解四探针电阻率测试仪的基本原理； 2.了解四探针电阻率测试仪组成、原理和使用方法； 3.能对给定的薄膜和块体材料进行电阻率测量，并对实验 结果进行分析、处理。 二、实验内容 1.测量单晶硅样品的电阻率； 2.测量 FTO 导电层的方块电阻； 3.对测量结果进行必要的修正。 三、实验仪器与材料 四、探针测试仪、P 型/N 型硅片、FTO 导电玻璃
实验2紫外可见分光光度计一、实验目的或实验原理1.了解紫外可见分光光度计的结构、性能及使用方法；2.熟悉常见样品透过、吸收光谱的测量方法。二、实验内容分别测量红、蓝墨水的吸收光谱；测量半导体薄膜的透射/吸收光谱，并计算材料的光学带隙。三、实验主要仪器设备及材料紫外可见分光光度计、红墨水、蓝墨水、比色血、半导体薄膜。>光束分裂器口数据系统·光源单色器吸收池检测器实验3太阳电池性能参数测定一、实验目的或实验原理了解太阳电池的基本结构与光电特性；掌握太阳电池电学性能测试的基本方法。二、实验内容1.无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线；5
5 实验 2 紫外可见分光光度计 一、实验目的或实验原理 1.了解紫外可见分光光度计的结构、性能及使用方法； 2.熟悉常见样品透过、吸收光谱的测量方法。 二、实验内容 分别测量红、蓝墨水的吸收光谱； 测量半导体薄膜的透射/吸收光谱，并计算材料的光学带 隙。 三、实验主要仪器设备及材料 紫外可见分光光度计、 红墨水、蓝墨水、比色皿、半导 体薄膜。 实验 3 太阳电池性能参数测定 一、实验目的或实验原理 了解太阳电池的基本结构与光电特性； 掌握太阳电池电学性能测试的基本方法。 二、实验内容 1.无光照时，测量太阳能电池的伏安特性曲线；
2.有光照时，测量太阳能电池的短路电流、开路电压、最大输出功率及填充因子；3.测试太阳电池不同单色光辐照下的光电流，计算太阳电池量子效率和积分电流。三、实验主要仪器设备及材料太阳能电池板、太阳电池伏安测试系统、太阳电池量子效率测试系统。Pmax200max150100Maximum PowerAreaPmax=ImaxVmax500-0.20.40.6年0.00.8Cell Voltage (M)VocVmax实验4热电材料的赛贝克系数测定一、实验目的或实验原理1.了解并掌握几类不同热电效应原理；2.了解并掌握半导体材料热电系数的测量原理及测量方法;3.了解并掌握如何通过热电系数判断半导体材料的导电类型。二、实验内容6
6 2.有光照时，测量太阳能电池的短路电流、开路电压、最 大输出功率及填充因子； 3.测试太阳电池不同单色光辐照下的光电流，计算太阳电 池量子效率和积分电流。 三、实验主要仪器设备及材料 太阳能电池板、太阳电池伏安测试系统、太阳电池量子 效率测试系统。 实验 4 热电材料的赛贝克系数测定 一、实验目的或实验原理 1.了解并掌握几类不同热电效应原理； 2.了解并掌握半导体材料热电系数的测量原理及测量方 法； 3.了解并掌握如何通过热电系数判断半导体材料的导电 类型。 二、实验内容 Vmax Voc
1.测量单晶硅样品的热电系数及判断导电类型：2.测量金属铝样品热电系数；3.测量金属铜样品热电系数。三、实验仪器与材料热电系数测定仪、P型或N型硅片、ITO导电玻璃、金属铝颗粒、金属铜颗粒。2材料B冷端Tc材料A热端Th材料B1实验5射频溅射法沉积半导体薄膜一、实验目的或实验原理1.掌握真空获得的操作过程和方法：2.了解射频溅射镀膜的原理及方法；学会使用射频溅射镀膜技术。二、实验内容1.衬底的清洁处理；7
7 1.测量单晶硅样品的热电系数及判断导电类型； 2.测量金属铝样品热电系数； 3.测量金属铜样品热电系数。 三、实验仪器与材料 热电系数测定仪、P 型或 N 型硅片、ITO 导电玻璃、金 属铝颗粒、金属铜颗粒。 实验 5 射频溅射法沉积半导体薄膜 一、实验目的或实验原理 1.掌握真空获得的操作过程和方法； 2.了解射频溅射镀膜的原理及方法； 学会使用射频溅射镀膜技术。 二、实验内容 1.衬底的清洁处理；
2.真空获得及获得原理；3.射频溅射起辉原理及溅射原理理解，沉积半导体薄膜。三、实验主要仪器设备及材料真空维持系统、腔体、射频电源。宁00000000衬底等离子体区等离子体区000靶材电子L靶材原子氩原子Ar氩离子NSN冷却水冷却水SNSDO?环形永磁体柱状永磁体环形永磁体实验6非晶硅薄膜电导率的测量一、实验目的或实验原理1.测量非晶硅（a-Si：H）薄膜的电导率与温度的关系；2.分析非晶硅薄膜的导电机制；3.了解非晶态半导体能带结构及导电类型。二、实验内容1.测量a-Si：H薄膜的电导率随温度的变化关系；2.用半对数纸作c-1/T曲线；3.求loga-1/T曲线上各直线段的斜率【即△（logα）/A（1/T)】，并计算所对应的能量△E（EC-EF，EA-EF+W1，W2等），分析各直线段所反映的导电机制。三、实验主要仪器设备及材料8
8 2.真空获得及获得原理； 3.射频溅射起辉原理及溅射原理理解，沉积半导体薄膜。 三、实验主要仪器设备及材料 真空维持系统、腔体、射频电源。 实验 6 非晶硅薄膜电导率的测量 一、实验目的或实验原理 1.测量非晶硅（a-Si：H）薄膜的电导率与温度的关系； 2.分析非晶硅薄膜的导电机制； 3.了解非晶态半导体能带结构及导电类型。 二、实验内容 1.测量 a-Si：H 薄膜的电导率随温度的变化关系； 2.用半对数纸作 1/T 曲线； 3.求 log 1/T 曲线上各直线段的斜率【即△（㏒σ）/ △(1/T)】，并计算所对应的能量△E（EC-EF，EA-EF+W1， W2 等），分析各直线段所反映的导电机制。 三、实验主要仪器设备及材料
半导体综合测试仪、真空系统、温控系统等。Ec-Er6EA-Er+W1三12T~1/1/T实验7电感耦合等离子体化学气相沉积法一、实验目的或实验原理1.掌握真空获得的操作过程和方法；2.了解射电感耦合等离子体产生的原理及方法；3.了解电感耦合等离子体成膜的影响因素及使用该技术沉积薄膜。二、实验内容1.衬底的清洁处理；2.真空获得及获得原理；3.电感耦合等离子体起辉原理及沉积半导体薄膜。三、实验主要仪器设备及材料真空维持系统、腔体、射频电源
9 半导体综合测试仪、真空系统、温控系统等。 实验 7 电感耦合等离子体化学气相沉积法 一、实验目的或实验原理 1.掌握真空获得的操作过程和方法； 2.了解射电感耦合等离子体产生的原理及方法； 3.了解电感耦合等离子体成膜的影响因素及使用该技术 沉积薄膜。 二、实验内容 1.衬底的清洁处理； 2.真空获得及获得原理； 3.电感耦合等离子体起辉原理及沉积半导体薄膜。 三、实验主要仪器设备及材料 真空维持系统、腔体、射频电源
四配单图电感RF电源 SiH4+H2★分子真空室聚实验8MOS结构的高频C-V特性测量一、实验目的或实验原理1.测量MOS结构高频C-V特性；2.计算出样品的一系列电学参数；3.掌握测试原理，学会成套仪器的使用方法。二、实验内容1.半导体综合测试仪与MOS结构中的金属和半导体连接好连接方式；2.根据被测量样品的最大电容数值（用已知的电极面积和氧化层厚度进行估算）选择C-V测试仪相应的电容量程，并对所选择的电容量程进行校正；3.根据样品的少子产生寿命确定偏压C-V曲线。通常可选用每秒100mV的速率，如果仍得到深耗尽的曲线，则应将速率再放慢，直至得到稳态C-V曲线。三、实验主要仪器设备及材料半导体综合测试仪、MOS晶体管。10
10 实验 8 MOS 结构的高频 C-V 特性测量 一、实验目的或实验原理 1.测量 MOS 结构高频 C-V 特性； 2.计算出样品的一系列电学参数； 3.掌握测试原理，学会成套仪器的使用方法。 二、实验内容 1.半导体综合测试仪与MOS 结构中的金属和半导体连接 好连接方式； 2.根据被测量样品的最大电容数值（用已知的电极面积和 氧化层厚度进行估算）选择 C-V 测试仪相应的电容量程，并 对所选择的电容量程进行校正； 3.根据样品的少子产生寿命确定偏压 C-V 曲线。通常可 选用每秒 100mV 的速率，如果仍得到深耗尽的曲线，则应将 速率再放慢，直至得到稳态 C-V 曲线。 三、实验主要仪器设备及材料 半导体综合测试仪、MOS 晶体管。 匹 配 箱 r=5c m R=22.5cm 单圈电感 真空室 匹配 箱 RF电源 分 子 泵 等离子 体 SiH4+H2 (a) (b)