6.4 跨学科实践_半导体与光伏发电（课件）教科版2025-2026学年九年级物理上册（21页PPT）

(课件网) 幻灯片 1：标题页 6.4 跨学科实践：半导体与光伏发电 副标题：物理与能源科技的交叉探索 授课对象：初中物理学生 授课时长：45 分钟 核心目标：了解半导体的基本特性与应用，掌握光伏发电的原理与系统组成，认识新能源开发的重要意义 幻灯片 2：导入 ——— 生活中的半导体身影 无处不在的半导体技术 智能手机的芯片、平板电脑的处理器，核心部件是半导体材料。 LED 照明灯具、太阳能计算器、智能手表，都依赖半导体的特性工作。 光伏发电站将阳光转化为电能，其核心元件太阳能电池板的基础是半导体材料。 思考问题：什么是半导体？它为什么能实现电能与光能的转化？光伏发电如何成为清洁能源的重要组成部分？ 幻灯片 3：半导体的基本概念 导体、绝缘体与半导体的区别 导体：容易导电的物体（如铜、铝），内部有大量自由电子，电阻极小。 绝缘体：不容易导电的物体（如橡胶、玻璃），内部几乎没有自由电子，电阻极大。 半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的材料（如硅、锗），其导电性能可通过外界条件（温度、光照、杂质）调控。 半导体的特性 热敏性：温度升高时，导电能力显著增强（如半导体温度计利用此特性）。 光敏性：光照增强时，导电能力明显提高（光伏发电的核心原理之一）。 掺杂性：在纯净半导体中掺入微量杂质，可大幅改变其导电性能（用于制作二极管、三极管等）。 幻灯片 4：半导体的核心应用 ——— 二极管与三极管 半导体器件的基本功能 二极管 结构：由 P 型半导体和 N 型半导体结合形成 PN 结，具有单向导电性（电流只能从 P 极流向 N 极）。 应用： 整流：将交流电转化为直流电（如手机充电器中的整流电路）。 发光：LED（发光二极管）通电时，电子与空穴复合释放能量，转化为光能（节能照明）。 三极管 结构：由两个 PN 结组成，有三个电极（发射极、基极、集电极），具有放大电流的作用。 应用： 信号放大：收音机、电视机中放大声音和图像信号。 开关控制：计算机芯片中作为高速开关，实现逻辑运算。 幻灯片 5：光伏发电的原理 ——— 光生伏特效应 阳光如何转化为电能？ 光生伏特效应：当光照射到半导体 PN 结上时，光子能量被半导体吸收，使电子获得能量脱离原子核束缚，形成自由电子和空穴。在 PN 结电场作用下，电子和空穴分离并向不同方向移动，形成电流（若接入电路，可对外供电）。 太阳能电池的结构 核心材料：高纯度硅（最常用的半导体材料），分为单晶硅、多晶硅和非晶硅太阳能电池。 基本单元：一个太阳能电池片就是一个 PN 结，多个电池片串联或并联组成太阳能电池板，提高电压和电流。 幻灯片 6：光伏发电系统的组成 从阳光到电能的完整链条 太阳能电池板：核心部件，将光能转化为直流电。 逆变器：将太阳能电池板产生的直流电转化为交流电（满足家庭和工业用电需求）。 蓄电池：储存多余电能，供阴天或夜间使用（离网型系统必备）。 控制器：调节充放电过程，保护蓄电池和电路，防止过充过放。 输电线路：将电能输送到用电设备或电网（并网型系统可向电网供电）。 系统类型 离网型：独立运行，适用于无电网地区（如偏远乡村、户外设备）。 并网型：与公共电网连接，多余电能可出售给电网（城市光伏发电站常用）。 幻灯片 7：光伏发电的优势与挑战 清洁能源的双面性 优势 环保无污染：发电过程中不排放二氧化碳、二氧化硫等污染物，减少温室效应和酸雨。 可再生能源：太阳能取之不尽、用之不竭，不受资源分布限制。 维护成本低：太阳能电池板寿命长（20~30 年），运行中几乎无机械磨损。 分布式发电：可在屋顶、空地等分散安装，减少输电损耗。 挑战 间歇性：受昼夜、天气影响，发电不稳定（需搭配储能设备或并网调 ... ...