Inter Disciplina Rita e

UNIVERSITATEA DIN BUCUREŞTI

FACULTATEA DE FIZICĂ

TEZĂ DE DOCTORAT REZUMAT

Tendinţe noi în abordarea

interdisciplinarităţii fizică-chimie-

biologie

Coordonator ştiinţific:

Prof. Dr. Univ. Ştefan ANTOHE

Doctorand:

Mirela BULGARIU

BUCUREŞTI

2011

2

CUPRINS

(numerotarea figurilor, tabelelor, a ecuaiilor i a referinelor bibliografice este cea din teza de doctorat)

Introducere 4

Capitolul I Fundamentele psihopedagogice ale abordării

interdisciplinare în studiul fizicii 6

I.1 Interdisciplinaritatea ştiinţelor şi a cunoaşterii ştiinţifice 6

I.2 Interdisciplinaritatea – perspectiva diacronică şi concept educaţional

modern 14

I.3 Concluzii 15

Capitolul II Teoria generală a curricumului educaţional 16

II.1 Politici educaţionale şi politici ale schimbării în învăţământul

preuniversitar 16

II.2 Educaţia, componentă a existenţei socio-umane 18

II.3. Orientări şi practici noi în organizarea curriculum-ului:

interdisciplinaritate, organizare modulară, organizare de tip integrat,

curriculum diferenţiat şi personalizat 20

II.3.1 Organizarea interdisciplinară a curriculum-ului 20

II.3.2 Organizarea de tip integrat a conţinuturilor 21

II.3.3 Organizarea modulară a curriculum-ului 23

II.3.4 Organizarea diferenţiată şi personalizată a curriculum-ului 24

II.4 Concluzii 26

Capitolul III Lumină şi sunet 26

III.1 Programa aplicată - propunere opţional interdisciplinar, clasa a XI-a,

filiera vocaţională-muzică 26

3

Capitolul IV Extinderi asupra studiului conversiei directe a energiei

luminoase în energie solară prin efect fotovoltaic 29

IV.1 Necesitatea studierii surselor de energie neconvenţionale în şcoala

românească 29

IV.2. Efectul fotovoltaic 40

IV.2.1 Stadiul actual al cunoaşterii în domeniul celulelor solare 40

IV.2.2 Studiul unei celule fotovoltaice din generaţia I-a 43

IV.2.3 Celule fotovoltaice organice cu dublu strat donor/acceptor 44

IV.2.4. Celule fotovoltaice organice de tip „heterojoncţiuni distribuite în

volum” realizate prin amestecul dintre doi polimeri cu comportare de

donor, respectiv acceptor 45

IV.2.5 Celule nanostructurate cu ordonare bicontinuă 46

IV.3 Rezultate experimentale şi discuţii 48

IV.3.1.1 Aspecte generale privind procesele fizice din joncţiunea p-n.

Caracteristica curent-tensiune la întuneric 49

IV.3.1.2 Caracteristica curent–tensiune la întuneric a unei celule

fotovoltaice cu joncţiune p-n din siliciu monocristalin 52

IV.3.1.3 Studiul caracteristicii I-U la iluminare în cel de-al IV-lea

cadran 57

IV.4. Studiul unor celule solare din generaţia a III-a 60

IV.4.1 Proceduri experimentale 61

IV.4.2 Rezultate şi discuţii 63

Concluzii finale 77

Bibliografie 82

4

INTRODUCERE

În ultimele decenii, în ştiinţele educaţiei este tot mai vădită

tendinţa de integralizare a disciplinelor şcolare. Abordarea integralizată

în învăţămîntul şcolar apare din imposibilitatea uneia din discipline,

oricare ar fi din ele, (fizica, biologia, chimia, matematica, geografia,

istoria etc.) să rezolve problemele complexe ale conţinutului unitar al

vieţii, al lumii în care trăim. Educaţia prin discipline şcolare este un

proces cognitiv ce urmăreşte dezvoltarea capacităţilor şi formarea

cunoştinţelor epistemologice dintr-un anumit domeniu, independent de

realizările obţinute în alte domenii de cunoaştere.

Ideia promovării unei viziuni integralizate în cunoaşterea realităţii

nu este nouă. În cadrul cercetărilor fundamentale aceasta a fost în

permanenţă la ordinea zilei prin:

• abordarea integrală a fenomenelor;

• corelarea informaţiei ştiinţifice din diferite domenii;

• aplicarea metodelor de cercetare specifice domeniilor înrudite de

cunoaştere.

Principiul de integralizare, ca modalitate de organizare a

conţinuturilor educaţionale, a fost aplicat de la începutul întemeierii şcolii

şi anume de către sofiştii greci care defineau programul enkyklios paidea

– învăţământ conceput pentru a oferi elevului un orizont unitar al

fundamentelor educaţiei intelectuale. Odată cu evoluţia spre specializare

pe domenii de cunoaştere şi cercetare ştiinţifică, acestea au fost progresiv

limitate şi separate.

În istoria pedagogiei principiul de integralizare a fost teoretizat

continuu, chiar şi atunci, când a fost foarte rar aplicat în practica şcolară.

5

Inter/transdisciplinaritatea ca faze ale integralizării stă la baza

dezvoltării reformei curriculare.

Această realitate ştiinţifică nu mai poate fi lăsată pe seama unor

discipline separate, care nu mai corespund nici realităţii epistemologice

contemporane, dar nici exigenţei unei integrări socio-profesionale aptă de

rezolvarea problemelor pe care le înaintează noile realităţi ale vieţii.

Relaţiile inter/transdisciplinare în cadrul disciplinelor şcolare:

Fizica, Biologia, Chimia - rezultă din legitatea generală, conexiunea

universală, care evidenţiază că fenomenele, realităţile obiective sunt în

interacţiune, se condiţionează reciproc.

În acest context valorificarea personalităţii elevului în dinamica

societăţii contemporane oferă prioritate educaţiei prin formarea

competenţelor, în general, şi prin formarea competenţei de cunoaştere

ştiinţifică, în special.

Aşadar, abordarea integralizată a conţinuturilor de studii crează

un mediu favorabil şi necesar pentru formarea competenţei de cunoaştere

ştiinţifică în context inter/transdisciplinar care devine o prioritate

educaţională a mileniului III.

În contextul actual, atât de complex, aflat într-o continuă şi rapidă

transformare, graţie unei explozii informaţionale fără precedent, şcoala şi,

implicit, conceptul de educaţie trebuie să răspundă unor noi provocări.

În şcoală, tinerii se formează pentru viaţă, de aceea, este imperios

necesar ca ei să înţeleagă informaţiile asimilate şi să le utilizeze pentru a-

şi explica realitatea înconjurătoare.

Un volum mare de informaţii şi de cunoştinţe nu înseamnă,

obligatoriu, şi calitate, pentru că elevul nu reuşeşte totdeauna să

6

stabilească anumite conexiuni între aceste achiziţii teoretice din domenii

diferite sau între acestea şi realitatea înconjurătoare.

Interdisciplinaritatea este, actualmente, o necesitate, pentru că

realitatea este atât de complexă, încât o singură ştiinţă, oricât de

performantă, nu poate răspunde tuturor întrebărilor tinerilor privind

lumea înconjurătoare.

A face faţă solicitărilor şi provocărilor lumii contemporane

presupune să ai capacitatea de a face transferuri rapide şi eficiente între

diversele ”foldere” disciplinare, a aduna, a sintetiza şi a pune la lucru

împreună cunoştinţe, deprinderi şi competenţe dobândite prin studierea

diverselor discipline.

Toate cele enumerate au condus la necesitatea elaborării acestei

lucrări ce cuprinde şi o propunere de curriculum la decizia şcolii cu o mai

mare deschidere către lumea reală, către viaţă, aşa cum este trăită de cei

ce învaţă: plină de necunoscute şi de provocări.

CAPITOLUL I

FUNDAMENTELE PSIHOPEDAGOGICE ALE ABORDĂRII INTERDISCIPLINARE ÎN STUDIUL FIZICII

I.1 Interdisciplinaritatea ştiinţelor şi a cunoaşterii ştiinţifice

Majoritatea teoriilor actuale ale instruirii demonstrează prioritatea

metodei de însuşire a unor informaţii cu caracter coerent şi integrat în

jurul unui concept ştiinţific, informaţii care pot fi aplicate si valorificate

în diferite clase cu gradul de complexitate corespunzător. Astfel de

informaţii contribuie la formarea cunoştinţelor teoretice, a capacităţilor

7

de gândire independentă şi a ideilor ce constituie reperele învăţământului

general, afirmă T.Husen şi T. Postlethwait [1].

În învăţământul „clasic”, de multe ori obiectivele şi metodele

utilizate de profesori pentru asimilarea conţinuturilor ştiinţifice puneau

elevii în faţa unui mozaic de informaţii. Asistăm la o segmentare a

culturii transmise elevilor, la izolarea unei discipline faţă de celelalte,

fiecare dintre ele închizându-se în sine, blocând culoarele de comunicare,

organizându-se detaşat de corpul general al cunoştinţelor şi conducând

astfel la o dispersare a spiritului uman, constată J. Piaget şi R. Garcia [2].

Italianul G. Gazzer defineşte în 1983 interdisciplinaritatea ca pe

„un concept încă neclar definit”. El nu vizează aspectele epistemologice,

teleologice sau metodologice, ci modurile promovării acestui nou

principiu în structura conţinuturilor învăţământului la nivelul politicii

şcolare [3].

Pentru unii, acest „meteor al pedagogiei” venit din sfera

epistemologiei ştiinţelor a apărut ca direcţie fecundă de lucru, ca

principiu de aplicat, ca purtător de soluţii şi de ameliorări.

Părerea lui P. Szebeni e că dacă nu avem temeiuri să prezentăm

introducerea interdisciplinarităţii în conceperea conţinuturilor şi a

proceselor de predare-învăţare ca „o nouă pedagogie, o pedagogie a

unităţii”, nu avem nici dreptul de a minimaliza anvergura transformărilor

care trebuie aduse planurilor, programelor şi manualelor şcolare sau

proiectării diferitelor tipuri de activităţi didactice [4].

În plan teoretic este necesară precizarea obiectivului şi definirea

interdisciplinarităţii. Conform dicţionarului de pedagogie,

interdisciplinaritatea este „un raport de întrepătrundere (cooperare –

coordonare) între disciplinele de învăţământ, între structurile conţinutului

8

educativ corespunzător organizării moderne a tipului de instituţie de

învăţământ” [5].

În funcţie de ce anume integrăm (cunoştinţe, deprinderi,

competenţe, valori, atitudini) şi cât de mult integrăm (inserţie,

armonizare, corelare, intersectare, fuziune), putem distinge câteva

niveluri în abordarea integrată a curricum-ului.

a) monodisciplinaritatea – centrată pe obiectele de studiu

independente, considerate izolate;

b) pluridisciplinaritatea – formă puţin dezvoltată a

interdisciplinarităţii, constând în juxtapunerea anumitor elemente ale

diverselor discipline, care doar colaborează;

c) transdisciplinaritatea – întrepătrunderea mai multor discipline

susceptibile să ducă, în timp, la constituirea unei noi discipline sau a unui

nou domeniu al cunoaşterii;

d) interdisciplinaritatea – coordonarea într-un concept de înalt

grad; axiomatică ce este comună unui grup de discipline înrudite; este

definită la nivel ierarhic superior; în raport cu transdisciplinaritatea este o

formă mai puţin dezvoltată a comunicării, coordonării şi integrării unor

discipline [5].

M. Stanciu spune că, departe de a fi un “simptom patologic”

(afirmatia apartine lui G. Gusdorf) în evoluţia spiritului uman,

promovarea interdisciplinarităţii constituie una dintre trăsăturile

definitorii ale progresului ştiinţei contemporane. Perspectiva

interdisciplinară se explică prin mai multe categorii de argumente

interdependente.

9

1. De ordin ontologic. În plan existenţial, ca manifestare în spaţiu

şi timp, lumea ni se dezvăluie - cel puţin la nivelul ştiinţei contemporane

- ca o totalitate.

2. De ordin epistemologic. Interdisciplinaritatea rezultă din

această valorizare în plan epistemologic a ideii de totalitate ontologică. S.

N. Smirnov remarca în acest sens că “fundamentul epistemologic al

interdisciplinarităţii ţine de unitatea întregii cunoaşteri ştiinţifice, cu alte

cuvinte, de unitatea crescândă a structurii epistemologice a ştiinţelor” [6].

3. De ordin social. Dinamica fenomenelor vieţii sociale se înscrie

pe coordonatele aceleiaşi logici a complexităţii, dar şi a integrării

diverselor sfere şi paliere. Procesele de socializare a naturii, precum şi

problematica lumii contemporane reclamă cu necesitate o gândire

interdisciplinară.

4. De ordin psihopedagogic. Acest aspect poate fi înţeles şi

rezolvat corect în planul practicii educaţionale, dacă interdisciplinaritatea

nu este ruptă de dinamica ştiinţei şi vieţii sociale.

Astfel:

• conţinuturile învăţământului trebuie structurate ţinându-se

cont de logica ştiinţei, de mutaţiile care au loc în ştiinţa contemporană;

deşi se pleacă de la aceste elemente, concretizarea conţinuturilor reclamă

o logică didactică, cu particularităţi distincte;

• abordarea în manieră cibernetică a procesului de

învăţământ (input şi output) are implicaţii şi în plan psihopedagogic;

• educaţia ca activitate sistematică şi organizată presupune o

anumită coerenţă și unitate. Elevul - ca fiinţă umană în devenire – este o

totalitate, un întreg şi de aceea activitatea în plan educaţional nu trebuie

să piardă din vedere acest fapt. Mai mult, fiecărui om îi este caracteristică

10

această aspiraţie către propria sa viziune despre lume (S.

Weltanschauung), pe care procesul educativ trebuie să o satisfacă;

• procesul de învăţământ, articulat cu structurile educaţiei

nonformale şi informale, trebuie să reflecte în conţinuturile sale

caracterul de sistem, unitatea ştiinţei contemporane, precum şi relaţiile

paradigmatice, de ordin logic ale diferitelor discipline ştiinţifice;

• printr-un efort interdisciplinar, procesul de învăţământ

trebuie să valorizeze din punct de vedere educativ întreaga realitate

înconjurătoare a elevului, oferindu-i acestuia o varietate de situaţii

educative favorizante, dar şi permiţând realizarea sintezelor, sesizarea

dinamicii lumii văzute ca un tot, format din sisteme şi subsisteme

interdependente;

• procesul de învăţământ trebuie să ofere elevilor cât mai

multe situaţii pentru ca aceştia să ajungă la o riguroasă sistematizare a

materiei, la corelarea şi concentrarea logică a cunoştinţelor în jurul unui

sistem redus, dar esenţial, de noţiuni, de legi şi principii fundamentale,

altfel spus, accentul să fie pus pe codurile de referinţă şi interpretare;

• în documentul UNESCO, din 1976, se subliniază că

interdisciplinaritatea “apare ca o consecinţă a integrării tuturor tipurilor

de conţinuturi din perspectiva educaţiei permanente” [7].

Conform lui C. Cucoş (1996), interdisciplinaritatea prezintă două

categorii de funcţii:

epistemologice – dezvoltarea unor structuri de ordin

epistemologic sau îmbunătăţirea caracteristicilor generale calitative ale

cunoaşterii ştiinţifice;

sociale – elaborarea fundamentelor teoretice necesare

rezolvării problemelor importante de ordin social, aplicarea în domeniul

11

învăţământului, ştiinţei şi tehnologiei a unei politici coerente, strâns

corelată cu dezvoltarea socială şi economică [8].

Fundamentarea interdisciplinară se poate realiza la nivel teoretic

şi la nivel social.

La nivel teoretic, constată M. Ionescu şi I. Radu, fundamentul

interdisciplinarităţii se află sub influenţa a două aspecte: unul ontologic şi

unul epistemologic [9].

Sub aspect ontologic, interdisciplinaritatea se bazează, contrar

diversităţii formelor ei, pe unitatea esenţială a diferitelor domenii de

studiu ale ştiinţei.

Sub aspect epistemologic, fundamentul interdisciplinarităţii se

găseşte în unitatea întregii cunoaşteri ştiinţifice.

Interdisciplinaritatea, prin cele trei niveluri ale sale – aplicativ,

epistemologic şi de generarea de noi discipline – vizează transferul

metodologic dintr-o disciplină în alta, finalitatea sa fiind ea însăşi una

interdisciplinară.

Or, fundamentul teoretic al interdisciplinarităţii unifică aspectul

ontologic (în virtutea căruia interdisciplinaritatea se bazează pe unitatea

esenţială a diverselor domenii ale cunoaşterii ştiinţifice) cu aspectul

epistemologic (în virtutea căruia interdisciplinaritatea derivă din teoria

generală a sistemelor).

La nivel social există trei obiective fundamentale ale

interdisciplinarităţii:

integrarea crescândă în viaţa socială;

socializarea naturii;

internaţionalizarea vieţii sociale [9].

12

Înţelegerea şi explicarea complexităţii vieţii sociale contemporane

face din interdisciplinaritate un adevărat imperativ epistemologic.

Problemelor practice legate de fundamentele sociale amintite

interdisciplinaritatea le răspunde prin depăşirea graniţelor artificial create

între discipline.

Conceptul de interdisciplinaritate a fost definit dintr-o dublă

perspectivă:

epistemologică, prin intersecţia teoretico-metodologică a

disciplinelor în procesul de cercetare,

pragmatică, ca aplicare a soluţiilor elaborate prin

valorificarea mai multor ştiinţe la luarea unei decizii sau la proiectarea

unei acţiuni [9].

Conceptul pedagogic al interdisciplinarităţii valorifică ambele

perspective prezentate mai sus, unificându-le în contextul transpunerii

didactice cunoaştere – acţiune. Interdisciplinaritatea reprezintă o

modalitate de organizare a obiectivelor, conţinuturilor şi metodologiilor

învăţării cu implicaţii asupra întregii strategii de proiectare a

curriculumului, oferind o imagine unitară asupra fenomenelor şi

proceselor studiate în cadrul disciplinelor fizică, biologie, chimie şi

integralizarea tuturor componentelor definitorii ale celor trei discipline.

Interdisciplinaritatea în pedagogie reprezintă ansamblul relaţiilor

şi interacţiunilor dintre diferitele conţinuturi şi mesaje angajate la nivelul

unui demers educativ cu finalitate relevantă în planul formării –

dezvoltării personalităţii elevului.

Conceptul de interdisciplinaritate poate fi înţeles mai bine prin

comparaţie cu alte concepte corelative: monodisciplinaritatea,

multidisciplinaritatea, pluridisciplinaritatea, transdisciplinaritatea [10].

13

Monodisciplinaritatea reprezintă forma tradiţională de organizare

a conţinuturilor învăţării pe discipline predate relativ independent unele

de altele. Principalul avantaj este acela că oferă elevului siguranţa

avansării liniare, gradual ascendente, pe un traseu cognitiv bine delimitat.

Acest traseu poate conduce însă la “paradoxul enciclopedismului

specializat care include profesorul şi elevul într-o tranşee pe care şi-o

sapă ei înşişi şi care îi izolează de realitate pe măsură ce o adâncesc. În

devotamentul său pentru disciplină, profesorul tinde să treacă pe al doilea

plan obiectul prioritar al educaţiei: elevul în cauză” [11].

Multidisciplinaritatea reprezintă o formă mai puţin dezvoltată a

transferurilor disciplinare, care se realizează de cele mai multe ori prin

juxtapunerea anumitor cunoştinţe din mai multe domenii, în scopul

reliefării aspectelor comune ale acestora. Este o formă frecventă de

supraîncărcare a programelor şi a manualelor şcolare şi de pătrundere a

redundanţelor.

Pluridisciplinaritatea se referă la studierea unui subiect dintr-o

disciplină prin intermediul mai multor discipline deodată, ceea ce aduce

un plus disciplinei în cauză.

Prezintă avantajul abordării unui fenomen din diferite perspective,

reliefând multiplele sale relaţii cu alte fenomene din realitate.

Pentru nivelurile de şcolarizare care presupun un grad de

specializare mai înalt, această formă de organizare a conţinuturilor nu

este recomandată.

Transdisciplinaritatea priveşte ceea ce se află în acelaşi timp şi

între discipline ,şi înăuntrul diverselor discipline, şi dincolo de orice

disciplină. Ea este descrisă ca o formă de întrepătrundere a mai multor

discipline şi de coordonare a cercetărilor, astfel încât să poată conduce în

14

timp, prin specializare, la apariţia unui fenomen real de cunoaştere. În

contextul învăţării şcolare abordarea transdisciplinară se face, cel mai

adesea, din perspectiva unei noi teme de studiu. Transdisciplinaritatea

fundamentează învăţarea pe realitate, favorizează viziunea globală,

transferul cunoştinţelor în contexte diverse, îşi propune să răspundă la

întrebări sau să rezolve probleme semnificative ale „lumii reale”. Dar,

introdusă excesiv, prezintă pericolul acumulării de lacune, al lipsei de

rigoare şi de profunzime în cunoaştere [11].

Interdisciplinaritatea nu înseamnă doar tratarea de tip simultan a

unui fenomen din punctul de vedere al mai multor ştiinţe, ci şi o

abordare integrată şi integralistă a acestuia, fiecare ştiinţă aducând cu

sine propriul sistem conceptual, mod de gândire şi metode specifice de

cercetare şi reprezentare, accentul punându-se pe deprinderi, competenţe.

Principiul organizator nu mai este de regulă conţinutul, mult prea ancorat

în graniţele disciplinare, ci se trece la centrarea pe aşa numitele

competenţe transversale.

I.2 Interdisciplinaritatea – perspectiva diacronică şi concept educaţional modern

Promovarea interdisciplinarităţii la nivelul proceselor didactice şi

extradidactice, în condiţiile unui învăţământ conceput pe discipline şi

realizat de profesori cu pregătire monodisciplinară, constituie un exerciţiu

anevoios, dar extrem de util. Faptul că obiectivele sunt concepute pe

discipline nu constituie un impediment, întrucât, afirmă G.Văideanu:

a) există obiective comune mai multor discipline;

b) obiectivele complexe sau finalităţile educaţiei sunt mai greu de

operaţionalizat şi de realizat în cadrul unui învăţământ parcelat pe

15

discipline, atingerea lor presupunând o conjugare a resurselor educative

ale mai multor materii;

c) majoritatea cunoştinţelor sau informaţiilor acumulate de elevi

în afara procesului didactic au caracter tematic sau pluridisciplinar [35].

Promovarea spiritului interdisciplinar a avut loc în interiorul unui

învăţământ organizat pe discipline, ceea ce, desigur, a creat dificultăţi

suplimentare. Pe de o parte, disciplinele au fiecare obiectivele lor

specifice, iar pe de altă parte, cadrele didactice sunt formate într-un spirit

disciplinar şi foarte „disciplinat”. O sursă excelentă de stimulare a noului

spirit didactic constă într-o mai bună articulare a educaţiei formale, cu

cea non-formală şi in-formală [39]. Zona non- şi in-formală a educaţiei

câştigă teren în lumea contemporană şi ar fi regretabil şi periculos ca

şcoala să nu utilizeze această importantă resursă educativă, inclusiv

pentru promovarea spiritului cunoaşterii integrate şi interdisciplinare

[40].

I.3 Concluzii Competenţa şcolară este definită ca un ansamblu integrat de

resurse interne achiziţionate de elevi în procesul de cunoaştere/învăţare,

mobilizate pentru rezolvarea unor situaţii semnificative modelate

pedagogic.

Competenţa de cunoaştere ştiinţifică în context

inter/transdisciplinar, reprezintă un ansamblu integrat de resurse interne

ale elevului, comune disciplinelor şcolare Biologia, Fizica, Chimia, axate

pe interacţiuni ale raţionamentului dialectic, gândirii epistemologice,

utilizării adecvate a limbajului ştiinţific şi realizate prin comportamente

16

adecvate în vederea rezolvării unor situaţii semnificative modelate

pedagogic.

Motivaţia redusă, vizavi de disciplinele şcolare Biologia, Fizica,

Chimia sugerează ideea elaborării unui curriculum inter/transdisciplinar

care ar integraliza aceste discipline.

C.D.Ş., interdisciplinaritatea în cadrul unei arii curriculare poate

constitui un punct de plecare. Având în vedere cele arătate mai sus, se

poate considera că interdisciplinaritatea constituie un principiu ce trebuie

aplicat, o modalitate de gândire şi acţiune ce decurge din evoluţia ştiinţei

şi a vieţii economico-sociale.

Abordarea interdisciplinară are drept scop formarea unor

personalităţi moderne, cu gândire analitică, sistemică, cu capacităţi de

înţelegere profundă şi aptitudini de modelare a fenomenelor,a proceselor

din jur, fiind totodată un factor important de educare, orientare şi formare

profesională a elevilor - profesionişti ai viitorului [52-56].

CAPITOLUL II

TEORIA GENERALĂ A CURRICUMULUI EDUCAŢIONAL

II.1 Politici educaţionale şi politici ale schimbării în învăţământul preuniversitar

Orice elev este o persoană care are dreptul la educaţie şi trebuie

reconsiderat sprijinul pentru îmbunătăţirea educaţiei, avându-se în vedere

faptul că elevul este o persoană unică, el învaţă într-un ritm şi stil propriu.

Conform Declaraţiei de la Salamanca, “Şcoala .reprezintă

mijlocul cel mai eficient de combatere a atitudinilor de discriminare” [1],

17

un mijloc ce creează societăţi şi oferă educaţie pentru toţi. Menirea şcolii

este de “a asigura o educaţie eficientă pentru majoritatea copiilor şi

îmbunătăţeşte eficienţa şi rentabilitatea întregului sistem de învăţământ”.

Educaţia pentru toţi a fost definită în Declaraţia de la Salamanca

ca acces la educaţie şi calitate a acesteia pentru toţi copiii. Voi avea în

vedere cele două obiective generale ale acestei declaraţii:

1. Asigurarea posibilităţii participării la educaţie a tuturor

copiilor, indiferent de cât de diferiţi sunt ei.

2. Calitatea educaţiei – aici m-am gândit la găsirea acelor

dimensiuni ale procesului, ale conţinuturilor învăţării şi calităţii agenţilor

educaţionali care să sprijine învăţarea tuturor, să asigure succesul, să facă

sistemul deschis şi eficient.

Competenţele cheie europene s-au stabilit în programul de lucru

„Educaţie şi Formare 2010” adoptat de Consiliul Europei la Barcelona în

2002; acestea reprezintă un pachet transferabil şi multifuncţional de

cunoştinţe, abilităţi şi atitudini de care fiecare individ are nevoie pentru

dezvoltarea personală, incluziune socială şi inserţie pe piaţa muncii.

Acestea ar trebui sa fie dezvoltate până la sfârşitul şcolarităţii/ formării

obligatorii şi ar trebui să constituie o bază pentru formarea continuă.

Se are în vedere o revoluţionare a sistemului de învăţământ şi o

schimbare de optică a tuturor factorilor implicaţi în crearea şi asigurarea

educaţiei viitorilor cetăţeni.

Educaţia pentru toţi copiii este un imperativ pentru politicile şi

practicile educaţionale, se pot determina orientări şi direcţii noi, iar

pentru practici, schimbările cerute sunt de profunzime şi de orientare.

Aceste orientări au în vedere 4 componente:

18

1. Educaţia în general – care se referă la principii, proces, produs

şi beneficiari – elevii şi societatea în general;

2. Şcoala – educaţia şcolară, în care intră abordarea generală,

strategii, curriculum ş.a.;

3. Societatea – cu legăturile necesare între formele educaţiei şi

agenţii acesteia, tradusă prin nevoia de parteneriat social;

4. Individ – care este principalul beneficiar al educaţiei. Trebuie

pus accentul pe valorizarea fiecărei persoane, pe o abordare pozitivă,

umanistă a relaţiilor şi rolul fiecărui participant la procesul educaţional.

Gradul de civilizaţie al unei societăţi este determinat de gradul de

implicare al factorilor de decizie în educarea tinerei generaţii; trebuie

avute în vedere, în procesul de educaţie, nu numai obiectivele şi

competenţele cerute de programa de învăţământ, ci şi de competenţele

native ale elevului. În timpul alocat orelor de şcoală se are în vedere

însuşirea unor deprinderi de cooperare, parteneriat, învăţare socială,

valorizare a relaţiilor pozitive, umaniste, şi, nu în ultimul rând, a

cunoştinţelor care să îi creeze o cultură generală în concordanţă cu

societatea modernă în care trăim.

II.2 Educaţia, componentă a existenţei socio-umane

Trecerea de la obiectivele politicii educaţionale la conţinuturile

propriu-zise necesită definirea clară a profilului educaţional (de

formare) aşteptat la sfârşitul curriculum-ului. Acesta este un „portret al

elevului” la finalul pregătirii lui, cuprinzând cunoştinţele, competenţele,

atitudinile care vor alcătui apoi suportul programelor şcolare.

Profilul educaţional este un punct sensibil în stabilirea unui

curriculum, atunci când se trece de la idealul şi scopurile educaţiei la

19

stabilirea conţinuturilor educaţiei, la precizarea a ce cunoştinţe,

deprinderi, priceperi sau comportamente concrete să se realizeze practic,

cum anume şi prin ce. Scopurile educaţiei se traduc într-un profil al

elevilor pe anumite trepte ale şcolarităţii, pe diferite dimensiuni ale

personalităţii, pe domeniile vieţii. Profilul educaţional este o componentă

care reglează curriculum naţional, pentru că descrie aşteptările faţă de

absolvenţi. El este o schiţă, un model de atins, pe care educatorii îl

concretizează în cunoştinţe, capacităţi, competenţe, atitudini.

Curriculum-ul Naţional prezintă un model al profilului de formare

pentru învăţământul obligatoriu, pe opt dimensiuni în obiective specifice

şi de referinţă. absolvenţii învăţământului obligatoriu trebuie să:

demonstreze gândire creativă prin formarea şi utilizarea

unor deprinderi de judecată critică, prin ameliorarea unor

strategii proprii de rezolvare a problemelor;

să folosească diverse modalităţi de comunicare în situaţii

reale prin utilizarea deprinderilor de comunicare variată;

să înţeleagă sensul apartenenţei la diverse tipuri de

comunităţi;

să demonstreze capacitate de adaptare la diferite situaţii;

să contribuie la construirea unei vieţi de calitate;

să înţeleagă şi să utilizeze tehnologiile în mod adecvat;

să-şi dezvolte capacităţile de investigare şi să-şi valorizeze

propria existenţă;

să-şi construiască un set de valori individuale şi sociale şi

să orienteze comportamentul şi cariera în funcţie de

acestea.

20

II.3. Orientări şi practici noi în organizarea curriculum-ului: interdisciplinaritate, organizare modulară, organizare de tip integrat, curriculum diferenţiat şi personalizat

Conţinuturile sunt organizate în curriculum sub forma

disciplinelor şcolare pentru domenii de sine stătătoare, pluridisciplinare,

interdisciplinare sau pe probleme integrate şi de sinteză pe teme generale

[8].

Aceasta presupune o transpunere a logicii ştiinţei în logica

didactică, ordonarea şi structurarea informaţiilor ştiinţifice, a temelor,

disciplinelor şi activităţilor de învăţare, cu respectarea particularităţilor de

vârstă şi individuale. Deci, ordonarea conţinutului curricular este

raportată la criteriile psihologice ale învăţării şcolare. Aceste criterii se

referă la organizarea internă a unui conţinut tematic delimitat conform

cerinţelor etapelor învăţării, stilului elevilor, experienţelor acumulate

anterior, posibilităţilor de combinare a lor pentru înţelegere, analiză şi

dezvoltare, a semnificaţiilor şi sensurilor găsite, a motivaţiei învăţării.

II.3.1 Organizarea interdisciplinară a curriculum-ului Interdisciplinaritatea – interacţiunea existentă între două sau mai

multe discipline, care se realizează pornindu-se de la simpla comunicare

de idei până la integrarea conceptelor fundamentale privind

epistemologia, terminologia, metodologia, procedeele, datele şi

orientarea cercetării. Organizarea interdisciplinară constă în selectarea

unui domeniu din mediul natural şi social şi „gruparea cunoştinţelor

derivate din diferite discipline ştiinţifice în funcţie de relevanţa lor pentru

cunoaşterea integrală şi acţiunea umană asupra domeniului respectiv” .

Modalitatea de introducere a acestui model de organizare în

21

învăţământ o constituie regândirea conţinuturilor, planurilor, programelor

şi manualelor şcolare în perspectiva conexiunilor posibile sub raport

epistemologic şi pedagogic. Organizarea din punct de vedere

interdisciplinar a curriculum-ului pune în evidenţă conexiunea dintre

discipline, coeziunea, unitatea şi globalitatea temei alese spre studiu. Se

va încerca realizarea unei sinteze a metodelor utilizate, a legilor

formulate şi a aplicaţiilor propuse. Interdisciplinaritatea vrea „să

străpungă barierele de protecţie pe care disciplinele le stabiliseră unele

împotriva altora.” [9]. Se va avea în vedere regândirea învăţării şi

evaluării în perspectiva educaţiei permanente, introducerea învăţării în

clasă, extinderea învăţării în grupe mici, introducerea instruirii asistate de

calculator, asocierea cu alte cu alte principii şi inovaţii specifice unui

învăţământ modern.

Organizarea interdisciplinară a conţinuturilor nu va duce la

abandonarea noţiunii de disciplină, ci acestea, cu metodele şi

epistemologia lor proprie sunt necesare pentru o mai bună înţelegere a

lumii şi pentru o formare intelectuală sistematică. Avantajul este că

organizarea conţinuturilor din această perspectivă favorizează transferul

de cunoştinţe şi rezolvarea de noi probleme, permiţând o vedere generală

şi o decompartimentare a cunoaşterii umane. Ca dezavantaj – tratarea

interdisciplinară trebuie să evite tendinţa de generalizare abuzivă şi

însuşirea unor „cunoştinţe şi deprinderi dezlânate” [9].

II.3.2 Organizarea de tip integrat a conţinuturilor Acest mod de organizare a curriculum-ului este asemănător celui

interdisciplinar, deoarece obiectul de învăţământ are ca sistem de

referinţă o tematică unitară, comună mai multor discipline. Predarea

integrată a disciplinelor este o strategie interdisciplinară de organizare a

22

conţinuturilor şi a întregului proces de predare – învăţare.

Predarea integrată a ştiinţelor se întemeiază pe două sisteme de

referinţă:

a) unitatea ştiinţei – universul este un tot unitar, deci trebuie

abordat global pentru a explica ansamblul fenomenelor.

b) procesul de învăţare la elev – acesta are tendinţa naturală de a

aborda realitatea din punct de vedere global, asemănător omului de

ştiinţă, fără separarea şi includerea celor constatate în domenii disparate

(fizică, biologie, chimie etc.). Această realizare psihologică însă, nu este

satisfăcută nici de organizarea conţinuturilor, nici de metodele de predare

– învăţare decât într-o mică măsură.

Predarea integrată a ştiinţelor este un principiu natural al învăţării.

Unii autori propun predarea şi învăţarea ştiinţelor astfel încât „la o

extremă (învăţământul preşcolar şi primar), să se caracterizeze printr-o

integrare completă, iar la cealaltă extremă (învăţământul universitar), o

separare pronunţată” .

Între cele două extreme se pot afla numeroase modalităţi de

integrare sau separare a disciplinelor ştiinţifice. Cele mai prezente

modalităţi de integrare sunt:

a) integrarea conţinuturilor care aparţin diferitelor subdiviziuni ale

unei discipline ştiinţifice – ex. – fizica nu va mai fi tratată ca o

serie de teme sau discipline separate (mecanică, optică,

termodinamică…);

b) integrarea a două sau mai multe domenii mai mult sau mai

puţin egale – ex. – ştiinţa despre pământ ar integra astronomia,

geografia, fizica etc.

23

c) integrarea a două sau mai multe discipline, cu preponderenţa

uneia dintre ele – ex. – proiecte integrate de fizică, dar şi cu

elemente de chimie, astronomie;

d) una dintre modalităţile de mai sus, corelată cu integrarea unei

discipline neştiinţifice (ex. fundamentele fiziologice ale ştiinţei).

În viziune curriculară, predarea integrată trebuie abordată atât la

nivelul organizării conţinuturilor cât şi la nivelul transmiterii şi asimilării

lor, adică realizarea unor interferenţe între curriculum-ul şcolar şi cel

extraşcolar (nonformal) – parteneriat şcoală - comunitate.

II.3.3 Organizarea modulară a curriculum-ului Modulul didactic este alcătuit din seturi de cunoştinţe, situaţii

didactice, activităţi şi mijloace destinate învăţării, elaborându-se pe

activităţi de învăţare şi nu pe materii de studiu. Modulul didactic este un

ansamblu de elemente educaţionale specifice care poate fi parcurs în mod

independent de tot restul sistemului din care face parte.

Conform concepţiilor lui D’Hainaut [10], modulul didactic

satisface patru criterii fundamentale:

1) să definească un ansamblu de situaţii de învăţare;

2) să vizeze obiective bine definite;

3) să propună probe de verificare aceluia care învaţă pentru a

realiza feedback-ul;

4) să se poată integra în diversele contexte ale învăţării.

Durata unui modul didactic poate varia între câteva ore şi câteva

luni. Caracteristica sa esenţială este personalizarea sa, adică este centrat

pe nevoile şi posibilităţile cursantului, este adaptat intereselor sale

cognitive, ritmului său de lucru, şi stilului său de învăţare.

Structura unui modul cuprinde trei componente:

24

a) Sistemul de intrare – cataloagele modulului, obiectivele

vizate şi pretestul.

b) Corpul modulului – mai multe submodule, fiecare

conţinând obiectivele, situaţiile de învăţare, sinteza şi

proba intermediară.

c) Sistemul de ieşire – sinteza generală, proba terminală,

recuperarea generală sau propuneri de aprofundare şi

recomandări pentru alegerea modulului următor.

Avantajele organizării modulare – individualizarea învăţării,

asigură flexibilitate şi deschidere, asigură accesul tuturor la educaţie şi

reconciliază toate cele trei tipuri de educaţie: formală, nonformală şi

informală.

Dezavantaje – presupune schimbări majore în toate aspectele

acţiunii educative; unele domenii educative permit mai greu organizarea

modulară; sunt mai greu de realizat şi de pus în funcţiune ghidurile,

cursul sau programul pedagogic, testele de evaluare.

Toate acestea militează pentru o introducere progresivă a

structurilor modulare, prin combinare cu organizarea tradiţională.

II.3.4 Organizarea diferenţiată şi personalizată a curriculum-

ului Organizarea diferenţiată şi personalizată a curriculum-ului are

drept scop adaptarea procesului de predare – învăţare la aptitudinile

elevului, la nivelul intereselor cognitive, la ritmul şi stilul său de învăţare.

Prin acest mod de organizare se trece de la „o şcoală pentru toţi”, la „o

şcoală pentru fiecare” [11]. Din perspectiva educatorului, diferenţierea se

referă la conţinuturi, metode de instruire, mediul psihologic şi standardele

de performanţă. Din perspectiva celui care învaţă, diferenţierea

25

experienţei de învăţare se referă la extensiunea cunoştinţelor,

profunzimea înţelegerii, ritmul şi stilul de învăţare.

Diferenţierea curriculum-ului se face prin următoarele acţiuni:

a) adaptarea conţinuturilor (atât calitativ cât şi cantitativ –

conexiuni, interese şi stil de învăţare) la o anume categorie

de elevi;

b) adaptarea la principalele procese psihice vizate de

curriculum-ul specific (nivelul gândirii, învăţarea

independentă, comunicarea inter şi intrapersonală,

procesele afective);

c) adaptarea condiţiilor mediului de muncă (ambianţa,

stimularea, respectarea dorinţelor, comunicarea empatică

şi cooperarea);

d) raportarea la procesele proiectate şi realizate, la

instrumentele utilizate, la procesele psihice angajate, şi la

conţinutul informaţional însuşit.

Formele de organizare administrativă a curriculum-ului diferenţiat

şi personalizat cuprind:

1. grupe omogene de elevi, formate pe criterii aptitudinale –

pot fi în cadrul aceleiaşi clase, clase distincte sau în şcoli speciale;

2. accelerarea studiilor, îmbogăţirea cu programe de educaţie

formală şi nonformală. Această accelerare poate îmbrăca diverse forme:

admiterea devansată în clasa I, sărirea claselor, scurtarea ciclului şcolar,

sistemul creditelor, accelerarea studiilor la o singură disciplină, orar

individualizat, ore suplimentare, sistemul de tutoriat, educaţia la distanţă

şi invitarea la cursuri universitare. Aici putem avea trasee curriculare

alternative în diferenţiere: conţinuturi adaptate, organizarea

26

interdisciplinară, metode didactice adaptate, evaluarea elevilor prin

produsele activităţii, mijloace diferite de realizare ale aceluiaşi curs,

termene diferite de finalizare a sarcinilor, diversificarea resurselor

(informaţionale şi umane), aplicarea unor standarde de evaluare

specializate.

II.4 Concluzii Sunt necesare politici curriculare care să asigure acces şi

oportunităţi egale de pregătire profesională. Pregătirea cadrelor didactice

trebuie realizată interdisciplinar, predominante fiind competenţele

metacognitive şi competenţele didactice. Procesul de formare a

personalului didactic implică cultivarea unei viziuni critice, cu deschidere

către flexibilitatea solicitată de diversitatea nevoilor identificate de

literatura de specialitate. Descentralizarea curriculară trebuie realizată în

sensul responsabilităţii acordate cadrelor didactice în procesul de

elaborare şi de implementare curriculară.

CAPITOLUL III

LUMINĂ ŞI SUNET

III.1 Programa aplicată - propunere opţional interdisciplinar, clasa a XI-a, filiera vocaţională-muzică.

ARGUMENT

În contextul actual, când asistăm la o explozie informaţională,

este inutilă acumularea de informaţii fără o sintetizare a lor, fără abordări

aplicate care să-l ajute pe elev în formarea unei imagini unitare a realităţii

27

şi nu putem vorbi despre succes în educaţie fără o reconfigurare a

informaţiilor. Principala finalitate a educaţiei, se ştie, este să-i formeze pe

tineri pentru viaţă [1-3]. Indiferent de vocaţie, ştiinţele naturii contribuie

la formarea culturii generale şi, aşa cum spunea Einstein, „cel mai frumos

dar al naturii e plăcerea pe care ţi-o dă când contempli şi înţelegi”.

Propun în special tinerilor ce studiază muzica acest opţional,

pentru că studiul ştiinţelor încetează pentru acest profil, conform planului

cadru propus de MECTS, începând din clasa a XI-a. În oferta

educaţională am abordat interdisciplinar temele propuse, având în vedere

următoarele argumente:

necesitatea creării de conexiuni între discipline pentru a evita

rigiditatea şi unilateralitatea în gândire şi pentru formarea

gândirii flexibile şi dinamice, capabile să producă cele mai

surprinzătoare soluţii şi să ia cele mai bune decizii [4-5];

lumea reală este interactivă şi achiziţiile învăţării trebuie să fie

în raport cu viaţa reală. Doresc să le facilitez elevilor

posibilitatea transferului noţiunilor învăţate din plan cognitiv

în plan acţional – comportamental, acţiune ce stimulează

participarea şi succesul în învăţare [6-7];

promovează colaborarea: colaborare atât între profesori, care

proiectează şi derulează în echipă activităţile interdisciplinare,

cât şi între elevi, prin utilizarea unor strategii didactice bazate

pe participarea elevilor în procesul de învăţare (activitate în

laborator, învăţare bazată pe proiect, portofoliu etc.) [8-10].

28

COMPETENŢE SPECIFICE ŞI EXEMPLE DE ACTIVITĂŢI DE

ÎNVĂŢARE

1. Utilizarea unor noţiuni, concepte, legi şi principii

specifice ştiinţelor

Competenţe specifice La sfârşitul clasei a XI-a elevul va fi capabil:

Activităţi de învăţare Pe parcursul clasei a XI-a se recomandă următoarele activităţi:

1.1. să cunoască noţiunile generale despre lumină şi văz, producerea sunetului, percepţia vizuală şi auditivă, definirea undelor, clasificarea lor şi mărimile caracteristice 1.2. să identifice sunete după mărimile caracteristice (calitatea sunetului) 1.3. să identifice sursele de informare corectă în probleme de calitatea sunetului 1.4. să cunoască aplicabilitatea practică a noţiunilor însuşite

- producerea sunetului - punerea în evidenţă a undelor longitudinale şi transversale - analiza diferitelor sunete - observarea sunetului produs de un diapazon - vizionarea de filme didactice - realizarea de portofolii, proiecte, în echipă sau individual - consultarea diferitelor surse de informare şi discuţii privind „calitatea” informaţiei

2. Dezvoltarea capacităţii de investigare a realităţii

Competenţe specifice La sfârşitul clasei a XI-a elevul va fi capabil să:


2.1. să investigheze influenţa factorilor de mediu asupra sunetului prin metode ştiinţifice 2.2. să ofere soluţii practice cu privire la ameliorarea calităţii vieţii în condiţii de poluare sonoră 2.3 să realizeze prezentări multimedia referitoare la poluarea sonoră 2.4. să ofere soluţii practice de utilizare în practică a luminii, pentru îmbunătăţirea condiţiilor de viaţă.

- să determine viteza sunetului prin diferite medii - să studieze şi să compare percepţia sonoră la persoane de diferite vârste - identificarea surselor de poluare fonică - dezbateri pe tema – Măsuri în preîntâmpinarea efectelor negative ale poluării sonore - realizarea unor miniproiecte individuale sau de grup - participarea la concursuri de

29

referate şi comunicări pe teme de poluare - aprofundarea cunoştinţelor privitoare la celula fotovoltaică.

3. Investigarea şi rezolvarea unor probleme specifice

carierei muzicale pentru care se pregătesc elevii

Competenţe specifice La sfârşitul clasei a XI-a elevul va fi capabil să:


3.1. să înţeleagă şi să-şi explice mecanismul producerii şi percepţiei sunetului din punct de vedere fizic, chimic şi biologic 3.2. să cunoască şi să descrie în limbaj adecvat acustica muzicală 3.3.să descrie din observaţia directă funcţionarea instrumentului la care cântă 3.4. să formuleze măsuri de prevenire şi protecţie împotriva bolilor profesionale

-identificarea şi analiza mecanismului biologic de producere a sunetului -realizarea unor miniproiecte individuale sau de grup -realizarea de portofolii - prezentarea unor analize comparative cu privire la diferitele instrumente muzicale -realizarea unui studiu de caz cu privire la poluarea fonică

CAPITOLUL IV

EXTINDERI ASUPRA STUDIULUI CONVERSIEI

DIRECTE A ENERGIEI LUMINOASE ÎN ENERGIE

SOLARĂ PRIN EFECT FOTOVOLTAIC

IV.1 Necesitatea studierii surselor de energie

neconvenţionale în şcoala românească

Cercetarea privind studiul energiile alternative în şcoala

românească şi în special a conversiei energiei solare s-a desfăşurat în anul

2011 şi a avut ca scop validarea experimentală a următoarelor ipoteze

[1]:

30

I. Societatea românească este interesată de subiectul energiilor

alternative.

II. În şcoala românească subiectul conversiei energiei solare în

energie electrică este foarte puţin abordat.

III. Absolvenţii de liceu consideră utilă studierea conversiei energiei

solare atât din punct de vedere al schimbării mentalităţii privind

utilizarea energiilor alternative în detrimentul celor clasice cât şi

în vederea pregătirii viitorilor specialişti în domeniu.

Descrierea lotului:

Lotul experimental al cercetării a fost alcătuit dintr-un număr de

230 de persoane cu vârste de peste 18 ani absolvenţi de licee cu profile

diferite. Repartizarea repondenţilor în funcţie de profilul liceului este

următoarea:

Tabelul IV.1 Repartizarea repondenţilor în funcţie de profilul liceului

real uman/vocaţional tehnic

Tipul de şcoală absolvită de repondenţi 152 34 44

Este de remarcat că majoritatea celor care au răspuns

chestionarului sunt absolvenţii unui liceu cu profil real sau tehnic.

Repartizarea pe vârste a celor care au răspuns chestionarului, este

următoarea:

88 cu vârsta cuprinsă între 18 şi 25 de ani;

27 cu vârsta cuprinsă între 25 şi 30 de ani;

115 cu vârsta peste 30 de ani.

Metode, tehnici şi instrumente utilizate în cercetare

31

Cercetarea a fost realizată prin aplicarea unui chestionar alcătuit

din 12 itemi dintre care 11 itemi închişi şi un item deschis.

Analiza datelor statistice

Prima întrebare a studiului se referă la posibila energie a viitorului

în opinia celor intervievaţi (Care din următoarele tipuri de energie

credeţi că va constitui energia viitorului?). Aşa cum reiese din fig. IV.1

aproximativ 60% din cei care au răspuns sondajului au clasat energia

solară pe locul unu în topul energiilor viitorului devansând cu brio alte

forme de energie precum hidroenergia, energia eoliană sau cea nucleară.

Figura 1 Energia viitorului [1]

Un număr foarte mare din cei care au răspuns chestionarului (191

din 230 conform figurii IV.2), consideră că atingerea unui anumit nivel

de cunoştinte referitoare la modul de producere şi utilizare a energiilor

alternative schimbă comportamentul consumatorului de energie

orientându-l din zona consumului energiilor clasice în zona consumului

energiilor alternative. Acest fapt conduce indirect la ideea că o educaţie

adecvată într-un anumit domeniu produce efecte vizibile în timp. Aşadar

dacă se doreşte schimbarea unor mentalităţi şi a unor obiceiuri la nivelul

societăţii, acest lucru nu se poate face peste noapte iar cea mai sigură cale

32

pentru a obţine rezultate bune este să se înceapă acest demers încă din

timpul şcolii. În plus o informare corespuzătoare cu date concrete şi

explicaţii bine structurate despre fenomenele de bază implicate în

producerea energiilor alternative, despre avantajele şi dezavantajele

acestora sau despre evoluţia şi noutăţile domeniului, vor convinge de la

sine elevul, care devine în viitor un posibil consumator al unor astfel de

energii.

Figura IV.2 Percepţia privind existenţa unei legături între cunoştinţe

despre producerea energiei alternative şi comportamentul consumatorului

de energie [1]

Aşa cum reiese din datele culese, aproximativ 75% din cei

întrebaţi cunosc că la baza conversiei energiei solare în energie stă efectul

fotovoltaic. Intrepretând însă răspunsurile la următoarea întrebare (Cum

au fost dobândite informaţiile detinute despre conversia energiei solare?)

observăm că aceste informaţii precum şi alte cunoştinţe legate de

conversia energiei solare în energie electrică, au fost dobândite în

principal din surse plasate în afara şcolii, cum ar fi emisiuni radio, Tv,

ziare, reviste, diverse publicaţii etc. Conform graficului din figura IV.3,

numai 30% dintre cei care au răspuns, au astfel de informaţii obţinute în

33

şcoală deşi majoritatea covârşitoare a acestora sunt absolvenţi de licee cu

profil real sau tehnic.

Fig. IV.3 Modul în care au fost dobândite informaţiile deţinute despre

conversia energiei solare

Atunci când tratarea unui subiect nu se face printr-o abordare

completă a tuturor aspectelor ce îl vizează, într-un cadru academic, cu

date riguroase şi bine structurate, ci se face doar cu titlu infomativ aşa

cum se obişnuieşte într-o emisiune de radio sau Tv, există mari şanse ca

receptarea acelui subiect să nu se facă în mod riguros din punct de vedere

ştiinţific sau unele informaţii relevante să se estompeze în timp foarte

uşor. Aşa se explică de ce doar 9% din cei chestionaţi cunosc că există o

diferenţă între principiul de funcţionare al unui panou solar termic şi cel

al unui panou fotovoltaic (conform figurii IV.4), restul de 91%

confundând cele două noţiuni.

34

Figura IV.4 Apreciere asupra existenţei unor diferenţe în principiul de

funcţionare al unui panou solar termic faţă de unul fotovoltaic

În urma efectuării sondajului a reieşit că nici o formă de energie

alternativă nu este abordată complet în învăţământul gimnazial sau liceal

de la noi. Astfel peste 80% dintre cei întrebaţi nu au urmat în şcoală un

curs despre energiile alternative (conform figurii IV.5). Acest rezultat

dovedeşte că şcoala românească este deficitară la capitolul educaţie în

domeniul utilizării surselor de energie alternative. La nivel mondial

există însă un interes deosebit faţă de studiul energiilor alterantive [2-4].

Acest interes a început cu debutul crizei petrolului din anii ‘70 şi a

crescut în mod constant de atunci. Începând din acel moment, ideea de a

folosi surse alternative sau regenerabile de energie a început să câştige

teren şi a progresat până în punctul la care în şcolile tehnice şi universităţi

au apărut specialităţi în care absolvenţii acestora obţin diplome în

domeniul creării, instalării şi întreţinerii echipamentelor de producere a

diverselor forme de energie - solară, eoliană, geotermală etc. [5-6]. În

multe din ţările lumii moderne au fost incluse în curriculum şcolar, teme

ce vizează educaţia pentru o dezvoltare durabilă, bazată pe utilizarea

energiilor alternative şi au fost dezvoltate diverse programe ce oferă

elevilor posibilitatea de a primi în mod logic şi eşalonat la fiecare nivel

şcolar, o educaţie completă despre energie [7-9]. Din păcate la noi în ţară

35

nu există o viziune unitară şi o politica educaţională de ansamblu

referitoare la acest subiect [10].

Fig. IV.5 Numărul persoanelor care au urmat în şcoală un curs despre

energiile alternative

După părerea celor întrebaţi în acest chestionar, cauzele posibile

ale predării insuficiente a surselor de energie neconvenţionale în şcoala

noastră sunt în primul rând lipsa programelor şcolare corespunzătoare

(165), lipsa laboratoarelor cu dotări specifice (99) dar şi lipsa profesorilor

pregătiţi pentru acest domeniu (66) (figura IV.6).

Fig. IV.6 Cauzele posibile ale predării insuficiente în şcoală

a surselor neconvenţionale

36

În opinia majorităţii, studierea conversiei energiei solare în

energie electrică în liceu şi gimnaziu se face insuficient [11-12]. În plus

se extrapolează cumva ideea că dacă subiectul conversiei energiei solare

nu se studiaza la nivel de gimnaziu sau liceu, atunci nici la nivel de

facultate nu se face acest lucru. Aşa se explică de ce mai puţin de

jumătate din cei chestionaţi (doar 40% ) cred că nu există la noi în ţară

facultăţi la care să se studieze energia solară. În schimb surprinzător este

că un procent destul de mare din cei care au participat la studiu, aproape

60%, consideră că la noi în ţară se face cercetare în domeniul celulelor

solare.

Expansiunea rapidă a energiei regenerabile şi necesitatea creşterii

eficienţei energetice în acest domeniu a dus la crearea unui deficit, la

nivel global, de personal instruit pentru necesităţile acestui sector şi la

apariţia unor oportunităţi de carieră în domeniu. La nivel european

conform unui studiu efectuat de European Fotovoltaice Industry

Association, energia solară utilizată ar putea furniza până în 2020, 12%

din cererea de electricitate din Europa, fapt ce ar duce şi la crearea de

aproximativ 2 milioane de locuri de munca in domeniu. În acest context

un număr foarte mare din cei chestionaţi (85% ) consideră că studiul la

liceu a conversiei energiei solare în energie electrică poate constitui

premisa pregătirii unor viitori specialişti în domeniu.

37

Fig. IV.7 Necesitatea studierii conversiei energiei solare la liceu ca

premisă a pregătirii viitorilor specialişti

Fig. IV.8 Apreciere asupra nevoii studierii în şcoală a conversiei

energiei solare

Majoritatea celor care au răspuns întrebărilor (88%), sunt de

părere că este necesar ca în şcoală să se studieze conversia energiei solare

în energie electrică. Dintre aceştia 157 de persoane consideră liceul ca

fiind nivelul şcolar cel mai potrivit pentru studierea acestui subiect.

Există însă şi păreri care pledează pentru abordarea subiectului la

gimnaziu (30 persoane) sau facultate (18 persoane).

38

În urma celor observate şi analizate pe baza aplicării acestui

chestionar, se trage concluzia că includerea studierii energiilor alternative

în curriculum şcolar este necesară deoarece:

• Conduce la o informare corectă şi completă în domeniul surselor de

energie nepoluante şi inepuizabile [13-14].

• Schimbă mentalitatea oamenilor de a utiliza cu precădere energia

provenită din surse clasice şi determină o apropiere a acestora de

tendinţele ecologice actuale.

• Creează competenţe şi formează specialişti, oferind absolvenţilor

posibilitatea ocupării unui loc de munca într-un domeniu aflat în

continuuă expensiune.

• Printr-un parcurs continuu de-a lungul diverselor etape de

învăţământ (gimnaziu, liceu facultate) se formeză o bază din care se

pot desprinde cu uşurinţă specialişti care prin cercetare pot inova şi

dezvolta domeniul [15].

• Creează în rândul populaţiei imaginea că şcoala este o instituţie

modernă şi dinamică, capabilă să se adapteze la evoluţia, cerinţele şi

aşteptările societăţii actuale.

39

Fig. IV.9 Utilitatea introducerii în curriculum scolar a studiului

conversiei energiei solare

Se constată deasemenea că în şcoală romanească subiectul

conversiei energiei solare este destul de slab abordat, deşi societatea este

interesata de subiect, iar evoluţia economică pe plan mondial se îndreaptă

catre utilizarea unor energii alternative în care cea solară ocupă la rândul

sau un loc important.

În aceste condiţii considerăm că este necesară intensificarea

eforturile de transmitere a cunoştintelor legate de conversia energiei

solare în energie electrică către tânăra generaţie. Saltul pe care urmează

să-l realizeze societatea în vederea utilizării energiilor alternative şi în

speţă a energiei solare, depinde într-o mare măsură de calitatea pregătirii

viitoarelor generaţii de specialişti în acest domeniu, de creşterea gradului

de cultură, de conştientizare şi de schimbare a mentalităţilor în domeniul

40

energetic în rândul copiilor ca principali actori ai lumii de mâine.IV.2.

Efectul fotovoltaic

Efectul fotovoltaic apare la interacţia luminii cu un

semiconductor, dacă sunt îndeplinite două condiţii:

1. Lumina puternic absorbită să genereze particule mobile (electroni,

goluri, excitoni, polaroni etc.) care se pot mişca prin solid prin

transport direct în benzi energetice sau prin hopping;

2. Să existe un câmp electric care să separe purtătorii de sarcină

proveniţi din fotogenerarea directă sau din disocierea excitonilor

creaţi de lumină şi să-i pompeze în circuitul exterior.

La circuit deschis structura se polarizează cu tensiunea VOC,

numită tensiune de mers în gol, şi ca urmare prin structură va trece un

curent de întuneric de sens opus curentului generat de lumină. Curentul

de scurtcircuit de densitate jSC este chiar fotocurentul (curentul generat de

lumină). In prezenţa luminii, prin structură va trecere un curent de

densitate j (printr-o rezistenţă de sarcină), puterea fiind negativă, ceea ce

din punct de vedere termodinamic corespunde unui generator de energie.

IV.2.1 Stadiul actual al cunoaşterii în domeniul celulelor

solare Energia şi mediul înconjurător reprezintă două provocări majore

pentru omenire şi sunt strâns corelate între ele. Peste 80% din resursele

energetice ale societăţii sunt asigurate de combustibili fosili, petrol şi

gaze naturale. Aceste resurse sunt limitate iar bioxidul de carbon şi

gazele toxice care rezultă din arderea acestor combustibili cauzează

probleme serioase de mediu. În acest context comunitatea ştiinţifică şi-a

41

îndreptat atenţia spre utilizarea de resurse energetice curate şi

regenerabile.

Energia solară întruneşte aceste condiţii şi se depun eforturi

importante pentru dezvoltarea de tehnologii care să permită conversia

acesteia în alte forme de energie. Dispozitivele fotovoltaice constituie o

componentă semnificativă în acest demers. Prima aplicaţie practică a

celulelor fotovoltaice a fost făcută pe un satelit american în 1955.

Eficienţa celulelor fotovoltaice este un factor esenţial în vederea obţinerii

de cât mai multă energie electrică în urma procesului de conversie.

Materialele semiconductoare anorganice au permis obţinerea de

eficienţe ridicate (25% pentru o celulă din siliciu monocristalin şi în jur

de 40% pentru celule cu mai multe joncţiuni, cu materiale având benzi

interzise diferite – Ge(0.66 eV), GaAs(1.23 eV) şi GaInP(1.85 eV)) [16].

Pe de altă parte costul lor de fabricaţie este ridicat ceea ce a determinat

utilizarea lor în special în cosmos pe sateliţi, în zone izolate sau

îndepărtate pe pământ, locuinţe, dispozitive portabile. Pe măsură ce

preţul dispozitivelor fotovoltaice scade acestea pătrund pe arii de utilizare

din ce în ce mai mari. Materialele anorganice, însă, presupun în

continuare preţuri ridicate pentru fabricarea lor (creşterea de cristale şi

procesarea la temperaturi mari sunt costisitoare).

Materialele organice (în special cele polimerice) permit

dezvoltarea unor tehnologii mai ieftine decât în cazul materialelor

anorganice. Câteva argumente în acest sens: fabricarea straturilor subţiri

poate fi făcută direct din soluţie (de exemplu prin tehnica de spin-

coating); flexibilitatea lor permite producţia şi instalarea pe scară largă;

temperatura de procesare este joasă ceea ce permite integrarea celulelor

42

plastice cu alte produse; proprietăţile chimice şi optoelectronice ale

polimerilor se pot ajusta prin modificări la nivel molecular.

Într-o celulă fotovoltaică organică de tip donor-acceptor (D/A)

conversia fotoelectrică este realizată în cinci etape consecutive [17,18]:

-Absorbţia fotonilor şi formarea excitonilor

-Difuzia excitonilor spre interfaţa D/A

-Separarea sarcinii la interfaţă

-Transportul sarcinii către anod (goluri) şi catod

(electroni)

-Colectarea sarcinii de către electrozi

Diagrama nivelurilor energetice din Figura IV.12 relevă

caracteristicile ambelor tipuri de celule (cu materiale organice şi

anorganice).

Fig. IV.12 Diagrama energetică pentru (a) celulă cu un singur semiconductor

anorganic, (b) celulă cu joncţiune p-n pe bază de semiconductori anorganici,

(c) celulă cu un singur material organic (celulă Schottky), şi (d) celulă de tip

heterojoncţiune donor-acceptor cu materiale organice (celulă Tang).

43

În principiu materialele vor captura cel mai eficient acei fotoni

care au aproximativ energia egală cu lărgimea benzii interzise

corespunzătoare materialului respectiv. Semiconductorii anorganici

utilizaţi de obicei formează benzi de conducţie şi benzi de valenţă, unde

purtătorii de sarcină sunt delocalizaţi şi transportaţi uşor, iar lărgimile

benzilor interzise sunt tipic situate între 1-2eV (de exemplu 1.1 eV pentru

Si, 1.34eV pentru GaAs). Majoritatea semiconductorilor organici au

benzi interzise mai mari de 2eV ceea ce înseamnă că energia fotonilor (1-

2 eV) din cea mai intensă zonă a spectrului solar în condiţii AM1.5 nu

este suficientă pentru obţinerea unei absorbţii eficiente în materialul

organic.

IV.2.2 Studiul unei celule fotovoltaice din generaţia I-a Acest tip de celule (prima generaţie de celule fotovoltaice organice)

se caracterizează printr-o structură formată dintr-un singur strat de

semiconductor organic plasat între doi electrozi metalici cu lucruri de

extracţie diferite. La contactul dintre metalul cu lucru de extracţie mic şi

un strat organic tipic de tip p se formează o barieră Schottky (Figura

IV.13).

Fig. IV.13 Structura şi diagrama energetică a unei celule fotovoltaice organice

44

din prima generaţie.

Difuzia electronilor din metal în materialul organic de tip p

generează o regiune în care concentraţia golurilor a scăzut (regiune

sărăcită de goluri). Câmpul rezultat determină ridicarea nivelurilor

LUMO şi HOMO. Acest câmp poate să producă disocierea excitonilor

generaţi în zona sărăcită in purtători de sarcina majoritari, sau a celor care

difuzează în această zonă. Astfel, electronii generaţi sunt colectaţi de

electrodul cu lucru de extracţie mic iar golurile sunt transportate prin strat

spre electrodul cu lucru de extracţie mare. Majoritatea excitonilor

generaţi în afara zonei sărăcite nu contribuie la fotocurent deoarece au

lungimea medie de difuzie mică. Eficienţa unor astfel de celule este, în

consecinţă, foarte mică.

IV.2.3 Celule fotovoltaice organice cu dublu strat

donor/acceptor A doua generaţie de celule fotovoltaice se caracterizează printr-o

structură cu dublu strat D/A ca în Figura IV.14.

Fig. IV.14 Structura şi diagrama energetică a unei celule fotovoltaice de tip

heterojoncţiune cu dublu strat D/A (a doua generaţie).

Acest tip de heterojoncţiune cu dublu strat a fost încercat în practică

prima dată de către C. Tang în 1986 obţinând un randament de 1% [19].

45

Ulterior au fost investigate diverse combinaţii D/A găsindu-se cel mai

bun randament (1%) pentru PPV/C60 [20]. După cum se observă în

Figura IV.14, odată ce un exciton Frenkel generat în stratul donor sau

acceptor difuzează spre interfaţa D/A, electronii se vor transfera sau vor

rămâne pe nivelul LUMO al acceptorului iar golurile se vor transfera sau

vor rămâne pe nivelul HOMO al donorului. Diferenţa energetică dintre

nivelurile LUMO ale donorului şi acceptorului precum şi diferenţa dintre

nivelurile HOMO ale donorului şi acceptorului constituie motivul

principal datorită căruia excitonii vor disocia (se va separa sarcina) [17].

În continuare electronii şi golurile vor difuza spre electrozii

corespunzători ajutaţi şi de câmpul intern dintre aceştia mai rapid decât în

cazul celulelor cu un singur strat. Probabilitatea recombinării purtătorilor

este relativ mică datorită faptului că electronii şi golurile difuzează acum

în două regiuni separate. Totuşi, eficienţa acestui tip de celulă este

limitată din cauza lungimii de difuzie mici a excitonului.

IV.2.4. Celule fotovoltaice organice de tip

„heterojoncţiuni distribuite în volum” realizate prin amestecul

dintre doi polimeri cu comportare de donor, respectiv

acceptor O cale logică pentru a îmbunătăţi randamentul unei celule fotovoltaice

binare D/A este de a maximiza interfaţa D/A prin amestecarea celor două

materiale şi crearea la nivel intim de legături care să permită apariţia

heterojoncţiunilor D/A în întregul volum al stratului absorbant.

Dimensiunea regiunii de captură a fotonilor trebuie să aibă acelaşi ordin

de mărime cu lungimea medie de difuzie a excitonilor (între 5 şi 50 nm

pentru majoritatea semiconductorilor organici). Eficienţa unor astfel de

celule (a treia generaţie de celule fotovoltaice organice) s-a dovedit a fi

46

semnificativ mai bună decât în cazul când donorul şi acceptorul nu erau

amestecaţi. Până acum s-au studiat numeroase combinaţii donor/acceptor

(de exemplu MEH-PPV, MDMO-PPV, P3HT, P3OT folosite ca donor şi

CN-PPV, PCBM ca acceptor) [17,18] obţinându-se o eficienţă cuantică

internă aproape de unitate şi un randament global al celulei cuprins între

1% şi 6%. Eficienţa mai mare a celulelor de generaţia a treia faţă de cele

de generaţia a doua se datorează în primul rând reducerii pierderii de

excitoni ca urmare a măririi interfeţei D/A şi, de asemenea, reducerii

pierderii de fotoni deoarece straturile trebuie să fie acum mai groase

pentru a fi sub incidenţa a cât mai multor fotoni. Totuşi, pierderea sarcinii

poate deveni o problemă serioasă deoarece continuitatea de fază de la

orice regiune donoare sau acceptoare către anod sau catod se realizează

greu pentru un amestec de substanţe. Cu alte cuvinte purtătorii de sarcină

pot fi uşor capturaţi în regiuni izolate şi în final se pierd prin

recombinare. În plus, dacă donorul şi acceptorul sunt în contact direct cu

ambii electrozi recombinarea purtătorilor la interfaţa dintre materialul

organic şi electrod ar fi drastică şi rata colectării purtătorilor la electrozi

ar fi slabă. Această problemă poate fi diminuată utilizând o structură cu

trei straturi D-i-A unde stratul i poate fi obţinut prin codepunerea de D şi

A sau prin interdifuzia între D şi A [21].

IV.2.5 Celule nanostructurate cu ordonare bicontinuă Deşi cu celulele de generaţia a treia s-au realizat creşteri

semnificative ale eficienţei globale de până la aproximativ 5% [22]

rămân câteva dificultăţi foarte greu de depăşit. Separarea fazelor la scară

nanometrică, uniformitatea dimensională a regiunilor şi bicontinuitatea

fazelor sunt greu de realizat la structurile de tip amestec D/A. Stabilitatea

şi reproductibilitatea amestecurilor este de asemenea o problemă

47

deoarece morfologia amestecului este puternic dependentă de condiţiile

de procesare. În vederea minimizării pierderilor excitonilor şi a

purtătorilor de sarcină s-a găsit [23] că o nanostructură cu ordonare

bicontinuă este cea mai potrivită (Figura IV.18). S-au studiat până acum

diverse posibilităţi pentru a obţine astfel de structuri. În cazul celulelor

hibride anorganic/organic se utilizează un electrod nanostructurat (matrici

de nanofire sau nanotuburi dintr-un material anorganic) sensibilizat cu un

absorbant organic.

Fig. IV.18 Structura şi diagrama energetică a unei celule nanostructurate

cu ordonare bicontinuă (a patra generaţie)

Coloanele verticale cu donori şi acceptori din (a) pot fi nanofire

din semiconductori anorganici, nanotuburi de carbon, polimeri

semiconductori conjugaţi, nanotuburi de carbon dispuse vertical, nanofire

semiconductoare, sau straturi subţiri din semiconductor anorganic poros

depuse pe substrat care să joace rol de acceptor, pe de o parte, şi, pe de

48

altă parte, de suport pentru un polimer donor care umple porii [17].

Principalele probleme care apar în demersul fabricării acestor celule

(generaţia a patra) sunt legate de:

(1) - prepararea de tuburi/fire aliniate vertical şi uniform

distribuite pe substraturi pe care este depus electrodul transparent (ITO),

(2) - controlul lungimii diametrului nanofirului/nanotubului între

5-50nm şi al lungimii de peste 100nm,

(3) - obţinerea unei bune împachetări şi unei bune alinieri a

lanţului de polimeri conjugaţi în spaţiul restrâns dintre fire sau tuburi.

IV.3 Rezultate experimentale şi discuţii

În cele ce urmează prezint rezultatele obţinute de noi din studiul

unei celule solare cu jonctiune p-n din Si monocristalin, o parte din aceste

rezultate constituind obiectul lucrării: Teaching/Learning Photovoltaic

Effect in High School, Bostan CG, Dina N, Bulgariu M, Crăciun S,

Dafinei M , Chiţu C, Staicu I, Antohe S, Source: Romanian Reports in

Physics, Volume: 63, Issue: 2, Pages: 543-556, published: 2011.

IV.3.1 Studiul unei celule fotovoltaice din generaţia a I-a Subiectul utilizării a noi surse de energie în detrimentul celor

clasice este incitant şi de larg interes; de aceea poate fi propus elevilor

atât pentru pregătirea lor ca principali beneficiari ai utilizării unor astfel

de energii, cât şi pentru formarea şi dezvoltarea unei atitudini privind

protecţia mediului în rândul tinerei generaţii [27-29].

Conform recomandărilor Consiliul Europei trebuie ca legislaţia

fiecărui stat să recunoască şi să respecte diferenţele individuale [30-31].

Copiii talentaţi, ca şi alte categorii, necesită condiţii educaţionale

speciale, pentru a-şi dezvolta pe deplin disponibilităţile aptitudinale.

49

Sistemul şcolar existent trebuie să fie flexibil în suficientă măsură,

pentru a satisface nevoile specifice copiilor performeri şi talentaţi.

În acest sens, se impune organizarea de activităţi de iniţiere a

elevilor în cercetarea ştiinţifică, având ca scop:

dezvoltarea, prin activităţi de cercetare şi de creaţie

ştiinţifică a competenţelor elevilor cu aptitudini creative şi

interes sporit pentru un anumit domeniu de cercetare

ştiinţifică;

dobândirea de cunoştinţe suplimentare în diverse domenii,

familiarizarea cu metodele de cercetare ştiinţifică, cu

literatura de specialitate şi perfecţionarea deprinderilor de

muncă intelectuală.

În scopul dezvoltării capacităţii de cercetare ştiinţifică a elevilor

de liceu vom descrie o metodă de caracterizare a celulelor solare cu

joncţiune p-n din Si monocristalin, pregătite în condiţii de laborator.

Această lucrare se adresează pentru moment unui segment îngust

de elevi implicaţi fie într-un curs special pentru Olimpiadele de fizică

naţionale şi internaţionale, fie într-un centru de excelenţă care

promovează cercetarea ştiinţifică pe parcursul liceului, dar cu

posibilitatea de a fi extinsă pe viitor la întreaga programă din liceu.

IV.3.1.1 Aspecte generale privind procesele fizice din joncțiunea p‐n. Caracteristica curent‐tensiune la întuneric

Aşa cum am arătat în paragraful precedent, structura unei

joncţiuni p-n constă dintr-un semiconductor în care are loc trecerea

abruptă de la conducţia de tip p la cea de tip n [32-33]. După realizarea

echilibrului termodinamic, electronii din regiunea n vor difuza spre

50

regiunea p unde se recombină imediat cu golurile, lăsând în urmă donorii

ionizaţi.

Astfel, de o parte şi de alta a planului joncţiunii se formează o

regiune de sarcină spaţială, care dă naştere unui câmp intern Ei orientat

de la regiunea n spre regiunea p. Apare astfel o barieră de potential Ub .

(La echilibru termodinamic, în regim de circuit deschis câmpul electric

intern Ei se opune trecerii purtătorilor de sarcină majoritari: golurile din

regiunea p, cu concentraţia pp şi electronii din regiune n, cu concentraţia

nn ).

Fig. IV.24 Modelul fizic al unei joncţiuni p-n [15]

Purtătorii de sarcină minoritari (golurile din regiunea n cu

concentraţia pn şi electronii din regiunea p cu concentraţia np) sunt

acceleraţi de câmpul intern al joncţiunii în sens opus deplasării

purtătorilor majoritari.

La echilibru termodinamic şi în absenţa polarizării, curentul Im0,

determinat de fluxul purtătorilor majoritari trebuie să fie egal cu curentul

Is0, determinat de fluxul purtătorilor minoritari, adică:

I I Im0 S0 S= = (IV.3)

51

Dacă pe o joncţiune p-n se aplică o tensiune U, în polarizare

directă, bariera de potenţial scade cu valoarea qU, iar fluxul de purtători

de sarcină majoritari prin planul joncţiunii creşte rapid în condiţiile în

care fluxul de purtători de sarcină minoritari rămâne neschimbat.

Intensitatea curentului electric determinat de fluxul purtătorilor de

sarcină majoritari creşte exponenţial cu tensiunea aplicată, conform

relaţiei:

eUkTI I em0=f (IV.4)

În condiţii de polarizare inversă, curentul care trece prin joncţiune

rămâne aproape constant având intensitatea:

I Ir = − S (IV.5)

Aşadar, caracteristica curent- tensiune (I-U) la întuneric este dată

de relaţia:

eUkTI I I e 1

⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

= = −Sf (IV.6)

Această relaţie este cunoscută sub numele de ecuaţia Shockley

pentru o joncţiune p-n ideală. În general, pentru o diodă cu joncţiune p-n

reală, caracteristica curent-tensiune la întuneric este descrisă de ecuaţia

Shockley modificată [34-36]:

( )q U IR U IRs sI I exp 10 RnkT sh

⎛ ⎞⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎣ ⎦⎝ ⎠

− −= − + (IV.7)

unde: I0, n, Rs si Rsh sunt curentul invers de saturaţie, factorul de calitate

al diodei, respectiv rezistenţele serie şi sunt ale celulei (q fiind sarcina

electrică).

52

IV.3.1.2 Caracteristica curent–tensiune la întuneric a unei celule fotovoltaice cu joncțiune p‐n din siliciu monocristalin

La iluminare, sub acţiunea fotonilor incidenţi, pe celulă va creşte

numărul de perechi de electroni şi goluri. Concentraţiile purtătorilor de

sarcină fotogeneraţi (de neechilibru), sunt Δn pentru electroni şi,

respectiv, Δp pentru goluri. Concentraţiile purtătorilor de sarcină

majoritari în absenţa luminii sunt mult mai mari decât concentraţiile

purtătorilor de sarcină majoritari generaţi de lumină, în timp ce

concentraţiile purtătorilor de sarcină minoritari la întuneric sunt mult mai

mici decât concentraţiile purtătorilor de sarcină minoritari generaţi de

lumină.

Golurile fotogenerate în regiunea n, datorită difuziei, pot ajunge

în regiunea stratului de baraj (strat sărăcit), unde sunt accelerate de

câmpul intern Eir

spre regiunea p. Electronii generaţi de lumină în

regiunea p, care ajung la stratul de baraj, sunt acceleraţi spre regiunea n.

Perechile electron-gol fotogenerate direct în stratul sărăcit sunt, de

asemenea, separate de către câmpul electric intern: electronii fiind trimişi

în regiunea n, iar golurile în zona p. În condiţii de circuit deschis, celula

fotovoltaică este polarizată (cu „+” pe regiunea p şi „-” pe regiunea n, la

fel ca în condiţii de polarizare directă la întuneric), apărând astfel

fototensiunea la circuit deschis Uoc. Închizând circuitul printr-o rezistenţă

de sarcină, joncţiunea p-n va fi traversată de un curent în sens invers

curentului care ar fi traversat-o în polarizare directă. Acest curent ajunge

la valorile sale maxime în condiţii de scurt-circuit (Isc) fiind un parametru

puternic dependent de energia şi fluxul fotonilor incidenţi. Curentul

purtătorilor de sarcină minoritari ce trec prin joncţiune la iluminare poate

fi scris astfel:

53

I I eSq I Is s Ls1 0= + Φ = + (IV.8)

unde: IS este curentul de saturaţie, e este sarcina electrică elementară, S –

aria joncţiunii p-n, q este factorul de colectare (o mărime adimensională,

reprezentând fracţia perechilor electron-gol separate de câmpul electric

intern Eir

din numărul total de perechi generate de fotonii incidenţi) şi Φ0

este fluxul fotonilor incidenţi.

Prin urmare, pornind de la caracteristica curent- tensiune (I-U) la

întuneric (ecuaţia Shockley) şi ţinând cont de ecuaţia (IV.8),

caracteristica curent-tensiune la iluminare va fi:

eUkTI I I I e 1 Is s Lf

⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

= − = − − (IV.9)

unde IL=eSqΦ0 este fotocuretul.

În condiţii de circuit deschis (I=0) obţinem fototensiunea de

circuit deschis Uoc (fig. IV.16) dată de:

IkT LU ln 1oc e IS

⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

= + (IV.10)

În condiţii de scurt-circuit (U=0) curentul este dat de:

I ILSC = − (IV.11)

reprezentând fotocurentul.

Caracteristica I-V a unui fotoelement, în absenţa iluminarii (Φ0

=0), coincide cu cea a unei joncţiuni p-n obiţnuite la întuneric. La

iluminare (Φ0≠0), caracteristica curent – tensiune se deplasează cu

mărimea IL spre axa negativă a curenţilor (Fig. IV.25).

54

Fig. IV.25 Caracteristica curent-tensiune a unei joncţiuni p-n la întuneric

(Φ0=0) şi, respectiv, la iluminare (Φ0≠0)

Cu o tensiune pozitivă şi un curent negativ, în cel de-al patrulea

cadran, celula fotovoltaică funcţionează în regim de foto-element,

reprezentând o sursă reală de energie, în acord cu primul principiu al

termodinamicii.

Informaţii referitoare la prezenţa stratului de baraj din joncţiune şi

la calitatea acestuia se pot obţine din analiza caracteristicii I-V de

întuneric ambipolară (polarizare directă şi inversă). Folosind montajul din

figura IV.26, s-a trasat caracteristica curent-tensiune la întuneric [37-39].

55

Fig. IV.26 Dispozitivul experimental folosit pentru măsurători ale

caractersticilor curent-tensiune ambipolare

În figura IV.26, celula solară (CS) a fost conectată la o sursă de

curent continuu (DC) prin intermediul unui potenţiometu Helipot, care

asigură o rezoluţie de 10 mV. Curentul a fost măsurat cu un

miliampermetru Philips Digital, iar tensiunea pe dioda cu un

microvoltmetru Philips. Pe baza datelor experimentale s-a trasat

caracteristica I-V ambipolară, din figura IV.27. Se observă asimetria

acestei caracteristici, datorată prezenţei joncţiunii p-n. Raportul de

redresare, reprezentând raportul dintre curentul direct şi cel de la

polarizare inversă la o aceeaşi tensiune, are în cazul acestei structuri,

valoarea de 20, la tensiunea de 0,5V. Informaţii referitoare la calitatea

joncţiunii s-au obţinut reprezentând grafic, în scară semilogaritmică,

curentul, la polarizare directă, în funcţie de tensiune, aşa cum se arată în

figura IV.28 [40-42].

56

Fig. IV.27 Caracteristica curent – tensiune la întuneric a unei celule solare cu

joncţiune p-n din Si monocristalin

Fig. IV.28 Caracteristica I-V la polarizare directă în scară semilogaritmică

În acest domeniu de tensiuni, caracteristica I-V este descrisă de qUnkTI I e0≅ . Deci lnI în funcţie de U este, conform acestei relaţii:

qUln I ln I0 nkT= + (IV.12)

57

Fitând datele experimentale cu ecuaţia (IV.12), s-a obţinut

factorul de idealitate pentru dioda n = 1/VT*tgα = 1,4 şi curentul de

saturaţie 8I 10 A0−≅ . În determinarea factorului de idealitate n s-a folosit

potenţialul termic la temperatura camerei VT=kT/q=0.025V şi panta

dreptei tg α prezentată în legenda figurii IV.19.

IV.3.1.3 Studiul caracteristicii I‐U la iluminare în cel de‐al IV‐lea cadran

Pentru măsurarea caracteristicii I-U în cel de-al IV-lea cadran,

celula solară a fost conectată în serie cu o rezistenţă de sarcină variabilă

(în intervalul 10 - 105 Ω) şi iluminată cu lumină albă de 20 mW/cm2.

Pentru fiecare valoare a rezistorului de sarcină în intervalul de mai sus, s-

au măsurat curentul debitat prin rezistenţa de sarcină şi tensiunea pe

celulă. Dispozitivul experimental folosit este reprezentat în figura IV.29.

Fig. IV.29 Dispozitivul experimental folosit pentru măsurarea caracteristicilor

I-U în regim de fotoelement

Pe baza datelor experimentale s-a trasat caracteristica fotocurent-

tensiune în cadranul IV, arătată în figura IV.30. Din această figură s-au

58

determinat parametrii tipici în regim de fotoelement: V 0,5 Uoc = şi

mA. 3,89- Isc =

Pentru a determina cu acurateţe factorul de umplere, în IV.31 s-a

reprezentat grafic dependenţa puterii ( UI P = ) de tensiune. Coordonatele

punctului de extrem din figura IV.31, în concordanţă cu figura IV.30, ne

coduc la valorile:

Um=0.42V şi Im=-3.2mA.

Înlocuind aceşti parametrii în SCOC

mm

IVIV

FF = factorul de umplere a

fost obţinut egal cu 0.74, valoare ce sugerează prezenţa unei structuri cu

rezistenţa serie mică şi rezistenţa şunt mare.

Înlocuind valorile Uoc, Isc, FF si I’inc în relaţia IV.1, s-a obţinut

pentru eficienţa puterii de conversie η, o valoare de 7,3 % - valoare bună

pentru o celulă preparată în condiții de laborator şcolar.

Fig. IV.30 Caracteristica I-V în cadranul IV a celulei fotovoltaice cu joncţiune

p-n din Si monocristalin iluminată în lumină integrală cu puterea incidentă 2/20 cmmWPi =

59

Fig. IV.31 Puterea la ieşire în funcţie de tensiune

Pentru analiza acestor date a fost folosit soft-ul Origin. Origin Lab

este un soft profesional specializat în analiza de date şi reprezentare

grafică. Acesta conţine mai multe foi de lucru, capacităţi de import de

date, baze de date şi posibilitatea realizării unor reprezentări grafice

profesionale. Soft-ul este folosit în colegii şi universităţi din întreaga

lume, cu interfaţă prietenoasă, ceea ce-l indică drept un instrument

potrivit în procesarea datelor experimentale obţinute în laborator [43,44].

Concluzii parţiale la acest studiu

Lucrarea de laborator şi-a atins obiectivele. Elevii au fost fascinaţi

de această nouă modalitate de experiment. Prelucrarea datelor

experimentale prin intermediul OriginLab, dovedeşte faptul că acesta este

un soft care poate fi folosit în cadrul laboratorului de fizică din liceu.

Elevii au înţeles mecanismul general al efectului fotovoltaic şi au deprins

abilităţi experimentale pentru caracterizarea celulei solare. Măsurând

spectrul de acţiune li folosind formula Mott, elevii au determinat

lărgimea benzii interzise a siliciului, observând astfel acordul bun între

propriile valori măsurate şi valorile obţinute prin alte măsurători.

Reprezentând grafic caracteristicile curent-tensiune în polaritate directă şi

60

inversă la întuneric, elevii au observat că celula de siliciu cu joncţiune p-

n, este un element de circuit neliniar, cu asimetrie mare, şi fitând datele

experimentale cu ecuatia Shockley au determinat parametrii RR, n şi I0.

Măsurarea caracteristicilor curent-tensiune în cel de-al IV-lea cadran la

iluminare, a oferit posibilitatea elevilor de a găsi cu acurateţe parametrii

tipici a unei celule ce funcţionează în regim de fotoelement (Uoc, Isc-FF,

η). Elevii au fost fascinaţi de rezulatele bune pe care le-au obţinut

folosind dispozitivele experimentale disponibile în laboratoarele lor,

dobândind astfel reale calităţi pentru cercetarea în acest domeniu.

În continuare voi prezenta rezultatele obţinute de noi din studiul

unei celule solare aparţinând generaţiei a III-a, o celulă de tip ,,bulk-

heterojunction” în care absorbantul organic este amestecul a doi polimeri

P3HT ca şi donor şi PCBM ca şi acceptor de electroni. O parte din aceste

rezultate a constituit obiectul lucrării: Electrical and Photoelectrical

Properties of Organic Photovoltaic Cells Based on Polymer Blends

ITO/PEDOT/P3HT: PCBM (1:1), Larisa Magheruşan, Polona Skraba,

Cristina Beşleagă, Sorina Iftimie, Nicoleta Dina, Mirela Bulgariu,

Carmen-Gabriela Bostan, C. Tăzlăoanu, A. Radu, L. Ion, M. Radu, A.

Tănase, G. Bratina, S. Antohe, Journal of Optoelectronics and Advanced

Materials, Vol. 12, No. 2, February 18, 2010, p. 212-218.

IV.4. Studiul unor celule solare din generaţia a III-a

Acum aproximativ 20 de ani, Tang [45] a fost primul care a

realizat o celulă fotovoltaică cu heterojoncţiune donor-acceptor. De

atunci, numeroase grupuri de cercetători au lucrat pentru a obţine valori

ale eficienţei de conversie cât mai bune. Primele structuri realizate erau

de tip Schottky, M1/Strat Organic/M2 (M1 şi M2 sunt metale cu lucruri

61

de extracţie diferite astfel încât unul dintre contacte să fie ohmic, iar

celălalt, de blocare. Pentru aceste structuri stratul organic folosit a fost

ftalocianină, merocianină, porfirină etc., iar răspunsul fotovoltaic se

datora separării purtătorilor de sarcina fotogeneraţi, sub acţiunea

câmpului electric intern de la interfaţa metal/semiconductor.

Randamentul acestor structuri era mic, de ordinul 10-2 % [46]. În cazul

structurilor pentru care regiunea fotoactivă era formată prin

heterojoncţiunea a două straturi organice, cu spectre de absorbţie

complementare, eficienţa de conversie a crescut cu aproape două ordine

de mărime [47]. În această lucrare au fost studiate proprietăţile

structurale, morfologice, electrice şi fotoelectrice ale celulelor

fotovoltaice având ca strat activ poli(3-hexiltiofenă) (P3HT), 1-(3-

metoxicarbonil)-propil-1-fenil-(6,6)C61 (PCBM) şi blenda celor doi, în

raport 1:1. De asemenea, au fost discutate diferenţele dintre aceste

structuri.

IV.4.1 Proceduri experimentale Un strat subţire de ITO depus pe sticlă optică (Praezisions Glass

und Optik, CECO20P) a servit drept anod. Înainte de a fi depuşi

polimerii, substraturile au fost curăţate prin ultrasonicare folosind

acetonă, izo-propanol şi apă distilată. Stratul de poli(etilenădioxitiofenă)

polistiren sulfonic (PEDOT-PSS) cu grosimea de 100 nm a fost depus,

peste stratul de ITO, prin tehnica de spin-coating. Timpul necesar

depunerii a fost de 60 de secunde, la o viteză unghiulară de 6000 rot/s, cu

o acceleraţie de 1000 rot/s2. Stratul de PEDOT facilitează transferul

golurilor între electrodul de ITO şi stratul activ, deoarece, pe de o parte,

reduce rugozitatea filmului de ITO, iar pe de altă parte, face legătura între

lucrul de extracţie al stratului de ITO (4.7 eV) şi nivelul HOMO al

62

majorităţii semiconductorilor organici de tip p. Peste stratul de PEDOT

au fost depuse prin spin-coating filme subţiri de P3HT, PCBM şi P3HT:

PCBM(1:1). Depunerea s-a făcut în doi paşi: primul cu o durată de 70 de

secunde la o viteză unghiulară de 1500 rot/s cu o acceleratie de 1000

rot/s2, iar al doilea, 20 de secunde la o viteză unghiulară de 2000 rot/s,

valoarea acceleraţiei fiind aceeaşi. Pentru a completa structura

fotovoltaică, prin evaporare termică în vid a fost depus un strat subţire de

Al servind ca electrod de spate. Presiunea reziduală în camera de

depunere a fost de 10-5 Torr, probele fiind menţinute la temperatura

camerei pe toată perioada procesului de depunere. Reprezentarea

schematică a structurilor realizate este prezentată în figura IV.32.

Fig. IV.32 Structura celulelor fotovoltaice având ca strat activ P3HT, PCBM şi

P3HT:PCBM(1:1)

Spectrele de absorbţie au fost trasate, la temperatura camerei,

folosind un spectrofotometru UV-VIS Perkin Elmer Lambda 35.

Spectrele de acţiune au fost înregistrate cu ajutorul unui set-up format

dintr-un monocromator Cornerstone 130 şi a unei surse Keithley 2400,

comandat de un computer. Caracteristicile I-V, de întuneric şi în lumină

monocromatică, ţinând cont de valoarea maximului obţinut la trasarea

spectrelor de absorbţie, au fost înregistrate la temperatura camerei.

Caracteristicile I-V de cadran IV au fost înregistrate pentru diferite

63

lungimi de undă. Caracterizarea morfo-structurală a probelor a fost

realizată cu ajutorul Microscopului cu Forţă Atomică (Ape Research

SPM, AFM A100-SGS), iar grosimea şi rugozitatea filmelor polimerice

au fost determinate prin reflectometrie de raze X (difractometru Bruker

D8 Discover).

IV.4.2 Rezultate şi discuţii

Caracterizare morfologică

Reflectometria de raze X este folosită pentru caracterizarea

filmelor subţiri a căror grosime nu depăşeşte câteva zeci de microni.

Grosimea filmului subţire poate fi determinată prin metoda franjelor de

interferenţă folosind formula ( )( )' '

i j

i jt

2sin

− λ=

ω − ω, unde i şi j reprezintă ordinul

franjei de interferenţă, iar 'iω şi '

jω sunt valorile unghiurilor de

împrăştiere. Formula de mai sus derivă din legea lui Bragg şi a fost

folosită prima dată de Keissing [55] pentru calcularea grosimii unui film

subţire. Curbele de reflectometrie pentru filmele subţiri de

ITO/PEDOT/P3HT, ITO/PEDOT/PCBM şi ITO/PEDOT/P3HT:

PCBM(1:1) au fost trasate pentru λ = 1.5406 Å (linia cu kα1) şi sunt

prezentate în figurile IV.33, IV.34 şi IV.35.

Fig. IV.33 Curba de reflectometrie pentru filmul subţire

ITO/PEDOT/P3HT

64

Fig. IV.34 Curba de reflectometrie pentru filmul subţire

ITO/PEDOT/PCBM

Fig. IV.35. Curba de reflectometrie pentru filmul subţire

ITO/PEDOT/P3HT: PCBM(1:1)

Din curbele de reflectometrie au fost calculate valorile grosimii şi

ale rugozităţii pentru filmele polimerice cu ajutorului programului

LEPTOS, acestea fiind rezumate în tabelul IV.2.

Tabelul IV.2Valorile grosimii şi ale rugozităţii pentru filmele subţiri

ITO/PEDOT/P3HT, ITO/PEDOT/PCBM şi ITO/PEDOT/P3HT: PCBM(1:1)

Proba Grosimea (nm)

Rugozitatea (nm)

S1 97 10

S2 139 15

S3 123 13

65

Depunerea filmelor subţiri prin tehnica de spin-coating prezintă

avantajul că valorile grosimilor şi ale rugozităţilor sunt mici (vezi Tabelul

IV.2), ceea ce conferă acestora o mai bună integritate mecanică.

Rezultate electrice şi fotoelectrice pentru celulele fotovoltaice

ITO/PEDOT/P3HT/Al

Caracteristica I-V de întuneric pentru celulele fotovoltaice

ITO/PEDOT/P3HT/Al, la 2 ore după depunerea electrodului de Al

(Figura IV.36), a fost trasată la temperatura camerei, atât la polarizare

directă, cât şi pentru polarizare inversă. Polarizarea directă s-a realizat

prin aplicarea unei tensiuni pozitive electrodului de ITO.

Fig. IV.36 Caracteristica I-V de întuneric a celulelor fotovoltaice

ITO/PEDOT/P3HT/Al

Aşa cum se poate observa şi din figura IV.36, dependenţa este

nelineară şi puternic asimetrică, cu un factor de redresare (RR = If/Ir) de

aproximativ 200 pentru o tensiune aplicată de 1.5 V, dar valoarea

acestuia creşte până la 500 pentru o tensiune de 3.5 V, valoarea maximă a

tensiunii aplicată. Ţinând cont că P3HT este un donor de electroni

(acceptor de goluri), ale cărui nivele energetice sunt descrise în figura

IV.37, şi Al este un metal cu lucru de extracţie mic, presupunem că

această asimetrie se datorează prezenţei unei bariere Schottky la interfaţa

66

Al/P3HT, în timp ce interfaţa ITO/PEDOT/P3HT se comportă ca un

contact ohmic, considerând golurile ca fiind purtătorii de sarcină

majoritari.

Fig. IV.37 Nivelele orbitalilor pentru polimerii P3HT şi PCBM şi lucrurile de

extracţie pentru ITO, PEDOT, Al şi Au

Pornind de la ecuaţia Shockley modificată şi folosind datele

experimentale obţinute din caracteristica I-V de întuneric a celulelor

fotovoltaice se poate face o analiză completă a interfeţei Al/P3HT,

responsabilă pentru comportamentul electric şi fotovoltaic al probelor

studiate.

Expresia ecuaţiei Shockley modificată este:

( )q U IR U IRs sI I exp 10 RnkT sh

⎛ ⎞⎡ ⎤⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎣ ⎦⎝ ⎠

− −= − + (IV.13)

unde: 0I este curentul de saturaţie, SR este rezistenţa serie şi ShR este

rezistenţa şunt. q

nkTβ = , unde q este sarcina elementară, n este factorul de calitate al

diodei, k este constanta Boltzmann, iar T este temperatura absolută.

Rezistenţa diferenţială a celulei va fi:

( )0 S 0 s shR R 1 I exp V r I 1 R⎡ ⎤⎡ ⎤⎡ ⎤= + β β − +⎣ ⎦⎢ ⎥⎣ ⎦⎣ ⎦ (IV.14)

67

Pentru tensiuni mari, la polarizare directă, ecuaţia (IV.13) devine:

( )I I exp V r Is0 ⎡ ⎤⎣ ⎦= β − , iar ecuaţia (IV.14) se simplifică, având forma:

1R Rs0 I= +

β (IV.15)

Fig. IV.38 Dependenţa rezistenţei diferenţiale de intensitatea curentului,

la polarizare directă, pentru celulele fotovoltaice ITO/PEDOT/P3HT/Al

Valorile pentru Rs şi n pot fi uşor calculate pentru domeniul

tensiunilor mari. În cazul tensiunilor mici, unde rezistenţa şunt devine

importantă, ecuaţia (IV.14) se scrie astfel: R R Rs0 sh= + , şi cum,

R Rs sh obţinem că R0 este egal cu Rsh. Valorile obţinute în urma

calculelor făcute sunt: Rsh = 58.13 KΩ şi Rs = 328 Ω. Valorilor lui I0 şi n

pot fi determinate cu uşurinţă din expresia:

( )YI I exp Y0Rsh⎡ ⎤⎣ ⎦= = β (IV.15)

unde: YIRsh

− este curentul de la bariera Schottky şi Y V r Is= − - valoarea

tensiunii.

Dependenţa Yln I s.YRsh

⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

− ν este prezentată în figura IV.39. Dacă

se neglijează efectele rezistenţelor şunt şi serie, plotând ( )ln I f V= se

68

obţine o dreaptă, iar prin fitarea acesteia se pot calcula valorile exacte

pentru I0 şi n (I0=7,2·10-11A şi n=2,29).

Fig. IV.39 Dependenţa pentru celulele fotovoltaice ITO/PEDOT/P3HT/Al

În figura IV.40 sunt prezentate spectrul de absorbţie al filmului

subţire de ITO/PEDOT/P3HT şi spectrul de acţiune al celulei fotovoltaice

ITO/PEDOT/P3HT/Al.

Fig. IV.40 Spectrele de acţiune ale celulei fotovoltaice ITO/PEDOT/P3HT/Al

la două ore după depunerea electrodului de Al (linia neagră) şi

după 48 de ore (linia albastră). Spectrul de absorbţie al filmului subţire de

ITO/PEDOT/P3HT (linia roşie).

Spectrele au fost obţinute la iluminare prin electrodul de ITO şi

par să fie batice, având o uşoară deplasare spre lungimi de undă mici.

Baticitatea spectrelor poate fi explicată astfel: la iluminarea prin

69

electrodul de ITO, răspunsul fotovoltaic se datorează separării

purtătorilor de sarcină fotogeneraţi rezultaţi prin disocierea excitonilor

sub acţiunea câmpului electric intern de la interfaţa Al/P3HT, care pare

să se extindă în întreg volumul filmului subţire de P3HT (vezi Tabelul

IV.3). În această situaţie purtătorii de sarcină majoritari sunt golurile.

Maximul spectrului de acţiune (471 nm) este deplasat către lungimi de

undă mici comparativ cu maximul spectrului de absorbţie (497 nm). O

posibilă explicaţie ar fi aceea că fotogenerarea este mult mai puternică la

interfaţa ITO/PEDOT decât în volumul filmului subţire de P3HT. De

asemenea, datorită prezenţei defectelor la interfaţa PEDOT/P3HT există

posibilitatea recombinării purtătorilor de sarcină fotogeneraţi. Pentru

lungimi de undă mai mici de 400 nm, majoritatea fotonilor incidenţi sunt

absorbiţi la interfaţa ITO/PEDOT şi nu există efect fotovoltaic la

joncţiunea ITO/PEDOT/P3HT.

Rezultate experimentale pentru celulele fotovoltaice

ITO/PEDOT/PCBM/Al

În figura IV.41 este prezentată caracteristica I-V de întuneric,

trasată la temperatura camerei, pentru polarizare directă şi inversă, a

celulelor fotovoltaice ITO/PEDOT/PCBM/Al. Polarizarea directă

corespunde aplicării unei tensiuni pozitive pe electrodul de ITO.

70

Fig. IV.41 Caracteristica I-V de întuneric pentru celulele fotovoltaice

ITO/PEDOT/PCBM/Al

Dependenţa este asimetrică cu un factor de redresare, RR, de

aproximativ 10 pentru o tensiune aplicată de 2 V. Ţinând cont că PCBM

este un semiconductor de tip n (acceptor de electroni) şi că Al este un

metal cu lucru de extracţie mic [56], presupunem că această asimetrie se

datorează prezenţei unui contact de blocare la interfaţa

ITO/PEDOT/PCBM, în timp ce interfaţa Al/PCBM se comportă ca un

contact ohmic. Valorile Rs, Rsh, n şi I0 calculate folosind ecuaţia Shockley

modificată sunt: Rs=113 Ω, Rsh=9730 Ω, n=2,8 şi I0=4·10-8 Ω.

Spectrul de absorbţie al filmului subţire de ITO/PEDOT/PCBM şi

spectrul de acţiune al celulei fotovoltaice ITO/PEDOT/PCBM/Al sunt

prezentate în figura IV.42.

Spectrele au fost obţinute la iluminare prin electrodul de ITO şi

par să fie anti-batice, valoarea maximă a fotocurentului este obţinută

atunci când absorbanţa este minimă. Acest comportament poate fi pus pe

baza efectelor de filtrare datorate filmului subţire de PCBM. Acesta

absoarbe puternic fotonii conducând la disocierea excitonilor şi apoi la

fotogenerarea purtătorilor de sarcină.

71

Fig. IV.42 Spectrele de acţiune ale celulei fotovoltaice ITO/PEDOT/PCBM/Al

la două ore după depunerea electrodului de Al (linia neagră) şi la 48 de ore

(linia albastră). Spectrul de absorbţie al filmului subţire de ITO/PEDOT/PCBM

este reprezentat prin linia roşie.

Rezultate obţinute pentru celulele fotovoltaice

ITO/PEDOT/P3HT:PCBM/Al

În figura IV.43 este prezentată caracteristica I-V de întuneric a

celulelor fotovoltaice ITO/PEDOT/P3HT: PCBM/Al, trasată la

temperatura camerei, pentru polarizare directă şi inversă.

Fig. IV.43 Caracteristica I-V de întuneric (linia neagră) şi în lumină

monocromatică (λ = 400 nm, linia verde) pentru celulele fotovoltaice

ITO/PEDOT/P3HT: PCBM(1:1)/Al

72

Polarizarea directă corespunde aplicării unei tensiuni pozitive pe

electrodul de ITO. Aşa cum reiese şi din figura IV.42, caracteristica I-V

este nelineară şi puternic asimetrică cu un factor de redresare de

aproximativ 120 pentru o tensiune aplicată de 1V. Cunoscând şi

comportamentul celulelor ce au ca strat activ doar unul dintre polimeri,

fie P3HT, fie PCBM, presupunem că această asimetrie se datorează

lucrurilor de extracţie diferite ale celor doi electrozi, ITO/PEDOT şi Al.

De asemenea, interfaţa Al/P3HT: PCBM(1:1) este un bun colector de

electroni, în timp ce interfaţa ITO/PEDOT/P3HT:PCBM(1:1) se

comportă ca un colector de goluri.

Spectrul de acţiune al celulei fotovoltaice ITO/PEDOT/P3HT:

PCBM(1:1)/Al împreună cu spectrul de absorbţie al filmului subţire de

ITO/PEDOT/P3HT: PCBM(1:1) sunt prezentate în figura IV.44.

Răspunsul fotovoltaic al celulei având ca strat activ blenda celor doi

polimeri este mult mai bun decât cel al structurilor analizate anterior.

Fig. IV.44 Spectrele de acţiune ale celulelor fotovoltaice

ITO/PEDOT/P3HT: PCBM(1:1)/Al trasate la două ore după depunerea

electrodului de Al (linia neagră) şi după 48 de ore (linia albastră).

Spectrul de absorbţie al filmului subţire de ITO/PEDOT/P3HT: PCBM(1:1)

73

este reprezentat cu linie roşie.

Spectrul de absorbţie al filmului subţire de P3HT: PCBM(1:1) a

fost mărit (300-700 nm) şi conţine domeniile principale de absorbţie ale

filmelor subţiri de P3HT (400-700 nm) şi PCBM (300-500 nm),

prezentând aşa numitul efect de ”co-sensiblizare”, evidenţiat şi în cazul

structurilor D/A dublu-strat [57,58]. De asemenea, spectrul de acţiune s-a

mărit (300-600 nm) comparativ cu cel al celulelor fotovoltaice care aveau

ca strat activ doar unul dintre polimeri. Maximul spectrului de acţiune

(430 nm) este deplasat uşor către roşu faţă de maximul spectrului de

absorbţie (380 nm) şi pare să fie mai apropiat de cel al celulelor

fotovoltaice ITO/PEDOT/P3HT/Al decât de cel al structurilor

ITO/PEDOT/PCBM/Al.

Aşa cum era de aşteptat, numărul interfeţelor donor-acceptor

(D/A) a crescut semnificativ prin mixarea celor doi polimeri unul donor,

iar celălalt acceptor, realizându-se astfel heterojoncţiunea în volum.

Dimensiunea domeniilor de captură a devenit astfel de acelaşi ordin de

mărime cu lungimea de difuzie a excitonilor, care este cuprinsă între 5 şi

50 nm pentru majoritatea semiconductorilor organici. Deşi în structurile

ITO/PEDOT/P3HT: PCBM(1:1)/Al fotogenerarea este puternică, una

dintre problemele majore ale acestora este reprezentată de faptul că

purtătorii de sarcină pot ajunge foarte uşor în domenii izolate. Mai mult

decât atât, dacă donorul şi acceptorul sunt în contact direct cu ambii

electrozi, mecanismul de recombinare al purtătorilor de sarcină la

interfaţa blendă/electrod devine dominant. Aşa cum se poate observa şi

din figura IV.35, spectrul de acţiune al structurii de tip blendă are un

comportament anti-batic. Deşi principalul motiv al disocierii excitonilor,

precum şi al generării de foto-curent [59], este cel al diferenţelor de

74

energie dintre Donor-LUMO şi Acceptor-LUMO, prezenţa câmpului

electric intern are un aport important în ceea ce priveşte răspunsul

fotovoltaic al celulei [60]. Fotonii puternic absorbiţi în stratul subţire de

P3HT: PCBM(1:1) vor crea purtători de sarcină departe de interfaţa

P3HT: PCBM(1:1)/Al. Fotonii slab absorbiţi în volumul stratului activ

vor crea purtători de sarcină în apropierea câmpului electric intern, dar şi

aceştia vor participa la generarea răspunsului fotovoltaic.

Fig. IV.45 Caracteristica I-V de cadran IV a celulelor fotovoltaice

ITO/PEDOT/P3HT:PCBM(1:1)/Al în lumină monocromatică

(λ = 400 nm, Pin=5.19·10-5 W)

În figura IV.45 este prezentată caracteristica I-V de cadran IV

trasată la iluminare cu lumină monocromatică, λ = 400 nm. Parametrii

caracteristici ai celulei fotovoltaice au fost calculaţi (vezi Tabelul IV.3).

Valorile acestora sunt mult mai mari comparativ cu cele obţinute pentru

celulele fotovoltaice ITO/PEDOT/P3HT/Al şi ITO/PEDOT/PCBM/Al.

75

Tabelul IV:3 Parametrii caracteristici ai celulelor fotovoltaice: Voc – tensiunea

la circuit deschis, Iph – foto-curentul de scurt-circuit, Pm – puterea maximă

obţinută, Pin – puterea incidentă, FF – factorul de umplere, η – eficienţa de

conversie

Parametrul S1 S2 S3

Voc (V) 0.84 0.1 0.58

Iph (A) 1.85x10-8 4.1x10-8 1.35x10-6

Pm (W) 1.7x10-9 5.88x10-10 2.25x10-5

Pin (W) 2.15x10-5 3.3x10-5 5.19x10-5

FF (%) 10 14 28

η (%) 0.01 0.0017 0.44

Una dintre problemele majore ale acestor structuri este cea legată

de stabilitatea lor precară în timp. Aşa cum se poate observa şi din

figurile IV.40, IV.42 şi IV.44, în care este prezentat spectrul de acţiune la

două ore după depunerea electrodului de Al şi la 48 de ore, valoarea

fotocurentului scade rapid într-un interval de timp mic.

76

Fig. IV.46 Spectrul de absorbţie al filmului subţire de P3HT: PCBM(1:1)

imediat după depunere (linia neagră) şi după 6 luni (linia roşie)

Filmele polimerice depuse prin tehnica de spin-coating, P3HT,

PCBM, P3HT: PCBM(1:1), au fost caracterizate optic, prin trasarea

spectrelor de absorbţie la diferite intervale de timp, iar forma acestora

este identică (figura IV.46). Aşadar, la nivelul proceselor optice implicate

în crearea excitonilor nu apar modificări majore. Problemele sunt legate

de fotogenerarea purtătorilor de sarcină, separarea acestora şi colectarea

lor la electrozi. În continuare, trebuie realizate studii sistematice care să

elucideze aceste probleme, astfel încât valorile obţinute pentru eficienţa

de conversie a acestor structuri să fie cât mai mare.

Concluzii

Filmele subţiri polimerice, P3HT, PCBM şi P3HT: PCBM(1:1) au

fost depuse prin tehnica de spin-coating. Caracteristicile I-V ale celulelor

fotovoltaice obţinute au fost trasate atât la întuneric, dar şi în lumină

monocromatică, parametrii caracteristici ai acestor structuri au fost

determinaţi. Răspunsul fotovoltaic al structurilor care aveau ca strat activ

filmul subţire de P3HT s-a datorat în mare măsură disocierii excitonilor

77

sub acţiunea câmpului electric intern prezent la interfaţa Al/P3HT.

Celulele fotovoltaice ITO/PEDOT/PCBM/Al au avut un comportament

similar cu cel al unei foto-rezistenţe, răspunsul lor fotovoltaic fiind unul

slab. Cele mai bune rezultate au fost obţinute pentru structurile ce aveau

ca strat absorbant blenda celor doi polimeri, P3HT: PCBM(1:1), valoarea

pentru tensiunea la circuit deschis, Voc, fiind 0.58 V, iar curentul de scurt-

circuit, Iph, 1.35·10-6 A. Valoarea curentului de scurt-circuit pentru

structura de tip blendă este cu două ordine de mărime mai mare decât

cele obţinute pentru celulele fotovoltaice având ca strat activ fie P3HT,

fie PCBM. Structurile de tip blendă polimerică par să fie cele mai

promiţătoare, dar este nevoie de noi studii pentru explicarea problemelor

legate de stabilitatea acestora în vederea creşterii eficienţei de conversie.

CONCLUZII FINALE

Abordarea interdisciplinară porneşte de la ideea că nici o

disciplină de învăţământ nu constituie un domeniu închis, ci se pot stabili

legături între discipline. Succesul în activitatea tinerilor este posibil,

numai dacă aceştia pot să coreleze interdisciplinar informaţiile obţinute

din lecţii.

În aria curriculară matematică şi ştiinţe ale naturii,

interdisciplinaritatea este absolut obligatorie, având în vedere

aplicabilitatea directă în practică a chimiei, fizicii, biologiei şi

matematicii. Interdisciplinaritatea în cadrul acestei arii curriculare

înseamnă studii şi acţiuni în planul conţinuturilor şi al metodologiilor,

care să ofere cunoaşterea fenomenelor în dinamica lor, deschizând calea

spre sinteze generalizatoare.

78

Interdisciplinaritatea între chimie şi fizică, chimie şi biologie,

fizică şi matematică, se realizează în special în planul conţinuturilor,

având matematica drept instrument de lucru, fiecare demers (observare,

experimentare, formulare de legi, teoretizare) fiind realizat în spirit

matematic. Chimia, fizica şi biologia au devenit mari consumatoare de

instrumente matematice.

Studiul chimiei, cel al fizicii şi al biologiei au afinităţi deosebite.

Ele studiază structura, transformările şi însuşirile materiei.

Interdisciplinaritatea acestor obiecte şcolare poate constitui un exemplu şi

pentru celelalte. Obiectivele lor, metodele de investigare a fenomenelor,

aplicabilitatea lor imediată în practică, metodele de predare, toate acestea

conduc la realizarea unei interdisciplinarităţi bine pusă la punct, dar

perfectibilă.

Studiul producerii curentului electric începe cu elementele

galvanice, a căror funcţionare are explicaţii chimice. Efectele curentului

electric se explică tot pe baza proprietăţilor chimice şi au aplicaţii în

domeniul chimiei şi industriei chimice. Aproape că nu există lecţie de

fizică in care să nu utilizăm cunoştiinţele dobândite la lecţiile de chimie

şi invers. Interdisciplinaritatea fizică, matematică, biologie şi chimie se

realizează şi în planul strategiilor didactice, atât ca forme de organizare a

lecţiei, ca metode folosite în transmiterea cunoştiinţelor, cât şi ca metode

de verificare şi evaluare. Se poate spune pe drept cuvânt că fizica şi

matematica sunt instrumente pentru studiul chimiei şi invers.

Abordarea interdisciplinară are drept scop formarea unor

personalităţi moderne, cu gândire analitică, sistemică, cu capacităţi de

înţelegere profundă şi aptitudini de modelare a fenomenelor, a proceselor

79

din jur, fiind totodată un factor important de educare, orientare şi formare

profesională a elevilor - profesionişti ai viitorului.

Este absolut necesară regândirea programelor astfel incât să

abordăm teme legate de realitatea imediată, să le abordăm interdisciplinar

şi să se propună experimente atractive care sunt însuşite de majoritatea

elevilor cu plăcere. Astfel vom atrage elevul spre studiul ştiinţelor care au

pierdut teren în ultima vreme datorită unei abstractizări excesive.

Ideea propunerii unei programe interdisciplinare de CDŞ pentru

elevii unui liceu de muzică a rezultat ca urmare a discuţiilor repetate cu

aceştia, în care îşi arătau nedumerirea că în programa actuală de studiu al

fizicii nu se abordează tema „sunet” care e de maxim interes pentru ei.

De ce” Lumină şi sunet”? - pentru că receptorul vizual şi

receptorul auditiv sunt sisteme ce asigură informaţia din mediul exterior,

folosind peste trei sferturi din capacitatea creierului şi funcţionează ca

senzori de supravieţuire.

De asemenea, în educaţia fiecărui tânăr trebuie să se înrădăcineze

grija pentru utilizarea raţională a energiei şi pornind de la convingerea că

sursele de energie convenţionale sunt epuizabile să regândească

modalităţi de obţinere a energiei pe alte căi.

Analizele şi constatările, prezentate pe parcursul întregii lucrări

conduc la evidenţierea unor concluzii care se prezintă în esenţă astfel:

În şcoala românească subiectul conversiei energiei solare este

destul de slab abordat, deşi societatea este interesată de subiect,

iar evoluţia economică pe plan mondial se îndreaptă către

utilizarea unor energii alternative în care cea solară ocupă la

rândul său un loc important.

80

Includerea în curriculum şcolar a studiului conversiei energiei

solare în energie electrică pe baza efectului fotovoltaic este

necesară deoarece:

Conduce la o informare corectă şi completă în domeniul

surselor de energie nepoluante si inepuizabile.

Schimbă mentalitatea oamenilor de a utiliza cu precădere

energia provenită din surse clasice şi determină o

apropiere a acestora de tendinţele ecologice actuale.

Creează competenţe şi formează specialişti, oferind

absolvenţilor posibilitatea ocupării unui loc de muncă într-

un domeniu aflat în continuă expansiune.

Printr-un parcurs continuu de-a lungul diverselor etape de

învăţământ (gimnaziu, liceu, facultate) conduce la

formarea unei baze de absolvenţi bine pregatiţi din care se

pot desprinde cu usurinţă specialişti care prin cercetare pot

inova şi dezvolta domeniul.

Creează în rândul populaţiei imaginea că şcoala este o

instituţie modernă şi dinamică, capabilă să se adapteze la

evoluţia, cerinţele şi aşteptările societăţii actuale.

La nivelul liceului în acest moment, studiul conversiei energiei

solare în energie electrică prin intermediul efectului fotovoltaic,

se poate face în cadrul unui Opţional, însă pe viitor se recomandă

introducerea acestuia în cadrul curriculei obligatorii pentru liceele

cu profil real, tehnic sau vocaţional.

Pentru caracterizarea unei celule solare de generaţia I-a s-a utilizat

o celulă cu joncţiune p-n preparată în Laboratoarele Centrului de

81

Cercetare Dezvoltare pentru Materiale şi Dispozitive Electronice şi

Optoelectronice, din cadrul Universităţii Bucureşti.

Pentru aprofundarea subiectului conversiei energiei solare în

energie electrică prin intermediul efectului fotovoltaic am descris o

metodă de preparare şi caracterizare a unor celule solare de ultimă

generaţie care se referă la prepararea şi analizarea proprietăţilor

structurale, morfologice, electrice şi fotoelectrice ale celulelor

fotovoltaice având ca strat activ poli(3-hexiltiofena) (P3HT), 1-(3-

metoxicarbonil)-propil-1-fenil-(6,6)C61 (PCBM) şi amstecul celor doi

polimeri, în raport 1:1 Straturile active respective au fost depuse pe un

substrat de sticlă acoperit cu ITO, prin tehnica spin coating.

Au fost trasate spectrele de absorbţie la temperatura camerei,

spectrele de acţiune precum şi caracteristicile I-V, de întuneric şi în

lumină monocromatică. În urma interpretării caracteristicilor au fost

extraşi parametrii joncţiunii, precum şi parametrii care caracterizează

răspunsul fotovoltaic al dispozitivelor. Nelinearitatea şi asimetria

acestora au fost explicate ţinând seama de comportamentul de la interfaţa

electrod/semiconductor organic.

Rezultatele cele mai bune au fost obţinute pentru structurile ce

aveau ca strat absorbant blenda celor doi polimeri, P3HT:PCBM(1:1)

valoarea pentru tensiunea la circuit deschis, Voc, fiind 0.58 V, curentul

de scurt-circuit, Iph = 1.35 x 10-6A (cu două ordine de mărime mai mare

decât în cazul structurilor simple), iar factorul de umplere FF = 28% .

În ceea ce priveste spectrul de absorbţie al filmului subţire de

P3HT:PCBM(1:1) a fost lărgit comparativ cu domeniile principale de

absorbţie ale filmelor subţiri de P3HT şi PCBM pe care de altfel le şi

conţine, ca urmare a apariţiei aşa numitului efect de ”co-sensiblizare”,

82

evidenţiat şi în cazul structurilor D/A dublu-strat. Numărul interfeţelor

donor-acceptor (D/A) a crescut astfel semnificativ prin mixarea celor doi

polimeri unul donor, iar celalalt acceptor, realizându-se astfel

heterojoncţiunea în volum, dovedind astfel superioritatea structurilor de

tip blendă polimerică.

Structurile de tip blendă polimerică par să fie cele mai

promiţătoare, dar este nevoie de noi studii pentru explicarea problemelor

legate de stabilitatea acestora în vederea creşterii eficienţei de conversie.

BIBLIOGRAFIE

Bibliografia selectivă a Capitolului I [1] Husen, T., Postlethwait, T.N. (coord.), The International

Encyclopedia of Education Vol. III - Oxford, Ed. Pergamon Press, 1994; [2] Piaget, J., Garcia, R., Psychogenèse et histoire des sciences .-

Paris, Flammarion, 1983; [3] Gazzer, G., Un concept van mal défini-

l'interdisciplinarité//Perspectives, 1982, vol. XII, nr. 3; [4] Szebeni, P., The Evolution of the Content of General

Education Over the Next Two Decades: Hungary / UNESCO (DOC), 1983;

[5] Cristea, S., Dicţionar de pedagogie, Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică, 1976;

[6] Smirnov, S. N., Abordarea interdisciplinară. În: Ştiinţa de azi: fundamente ontologice şi epistemologice // Revista de pedagogie, nr.2, 1987;

[7] Stenhouse, L., Curriculum Research and Development in Action, London, Heineman, 1981, vol. 27, nr. 3;

[8] Cucoş, C., Istoria pedagogiei, Iaşi, Editura Polirom, 2001; [9] Radu, I., Controverse: ,,Pedagogia curbei lui Gauss”. În:

M.Ionescu, I.Radu, I. (coord.), Didactica modernă, Cluj-Napoca, Editura Dacia,1995;

83

[10] Cristea, S., Fundamentele ştiinţelor educaţiei: teoria generală a educaţiei Chişinău, Grupul editorial Litera internaţional, 2001;

[11] Interdisciplinaritatea. Vol. I., Cluj-Napoca, Editura Casei Corpului Didactic, 2003;

[35] Văideanu, G., L'interdisciplinarité dans l'enseignement: une nouvelle pédagogie ou un principe a appliquer? În: V-ème Congres Mondial l'Educaţion Compareé, Paris, Juillet, 1984;

[39] Cornish, Ed., The Study of the Futur / Word Futur, Society Press, Washington, 1977;

[40] Antonesei, L., O introducere în pedagogie, Iaşi, Editura Polirom, 2002;

[52]. Bulgariu, M., New visions to approach interdisciplinarity interactions of physics with other disciplines, University of Bucharest, Faculty of Physics, 2008, Annual Scientific Conference, Friday, June 6, 2008, oral presentation, Program and Abstracts, pg. 66.

[53]. Bulgariu, M., New Tendencies in an Interdisciplinarity Approach of Physics with Chemistry and Biology, University of Bucharest, Faculty of Physics, 2009, Annual Scientific Conference, Friday, June 5, 2009, oral presentation, Program and Abstracts, pg. 76.

[54]. Bulgariu, M., Interdisciplinarity Where to?, University of Bucharest, Faculty of Physics, 2010, Annual Scientific Conference, Friday, June 18, 2010, oral presentation, Program and Abstracts, pg. 149.

[55]. Bulgariu M., Physics in an Interdisciplinary Approach, 7th International Conference of the Balkan Physical Union Alexandroupolis, Greece, 9-13 September 2009, pp. 1360-1365. PG1;

[56]. Bulgariu M., New visions to approach interdisciplinarity interactions of physics with other disciplines, Analele Universităţii din Bucureşti - Seria Fizica, LVI(2007), 93-96.

Bibliografia selectivă a Capitolului II [1]. Declaraţia de la Salamanca, Spania, 7-10 iunie, 1994; [8]. M.E.C., C.N.C. – „Curriculum Naţional pentru învăţământul

obligatoriu” – Cadru de referinţă, Bucureşti, 1998; [9]. Klein, J.T., Interdisciplinarity: History, theory and Practice,

Waynne State UniversityPress, Detroit 1990; [10]. D’Hainaut, L., Elaborarea noilor conţinuturi, în Programe

de învăţământ şi educaţie permanentă, Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică, 1981;

[11]. Legea Învăţământului, 85/1995;

84

Bibliografia selectivă a Capitolului III [1]. Ciolan, L., Dincolo de discipline, Ghid pentru învăţarea

integrate/cross-curriculară, Editura Humanitas Educaţional, Bucureşti, 2003;

[2]. Jinga, I., Vlăsceanu, L., Structuri, strategii şi performanţe în învăţământ, Editura Academiei, 1989;

[3]. Manolescu, M., Activitatea evaluativă între cogniţie şi metagogniţie, Editura Meteor, Bucureşti, 2004;

[4]. Husen, T., Postlethwait, T.N. (coord.), The International Encyclopedia of Education, Vol. III - Oxford, Ed. Pergamon Press, 1994;

[5]. Klein, J.T., Interdisciplinarity: history, theory, and practice, Wayne State University Press, Detroit, 1990;

[6]. Husen, T., Postlethwait, T.N. (coord.), The International Encyclopedia of Education, Vol. III - Oxford, Pergamon Press, 1994;

[7]. Dicţionar de pedagogie, Bucureşti, Editura Didactică şi Pedagogică,1976;

[8]. Nicola, I., Pedagogie, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1994;

[9]. Moisil, I., Iacob, O., Moisil, G., Păunescu ,C., Gavriliţă, I., Îndrumătorul profesorului pentru predarea fizicii în gimnaziu, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1978;

[10]. Tereja, E., Metodica predării fizicii, Editura ADC Vaslui, 1995;

[32]. Bulgariu, M., Lumina şi sunet- propunere programă opţional interdisciplinar clasa a XI-a, profil vocaţional, Editura Editgraph, Buzau 2010, ISBN 978-973-2254-53-2, 66 pagini.

Bibliografia selectivă a Capitolului IV [1]. Dina, N., Craciun, S., Bulgariu, M., Antohe, S., Teaching of

Alternative Energy Sources in Romanian School, University of Bucharest, Faculty of Physics, 2011 Annual Scientific Conference, Friday, June 17, 2011, oral presentation, Program and Abstracts, pg. 74, accepted for publication in Romanian Reports in Physics, vol.64, 2012;

[2]. Holsinger, D.B., Cowell, R.N. Positioning secondary school education in developing countries. International Institute for Education Planning/UNESCO, 2000;

[3]. The European Union by International Energy Agency (IEA) - IEA Energy Policies Review, 2008;

85

[4]. * Detailed Work Programme on the follow-up of the objectives of education and training systems in Europe. Council of the European Union, Brussels, 20 February 2002; COM (2001) 501 final;

[5]. Simaşchevici, A., Gorceac, L., Şerban, D., Conversia fotovoltaică a energiei solare. Chişinău 2002,

[6]. Renewables 2010 Global Status Report http://www.ren21.net/ [7]. MEdC. Order on the approval of framework plans for upper

secondary school education, 2006; [8]. M.Ed.C., Compulsory education reform in Romania,

Working Paper, Bucharest, 2003; [9]. MEN. National Council for Curriculum, National Curriculum

for compulsory education. Frame of reference. Bucharest 1998; [10]. Vlăsceanu, L. (coord.) School at a crossroads. Change and

continuity in the curriculum of compulsory education,. Iaşi, Polirom, 2002;

[11]. **Encyclopedia of World Problems and Human Potential. http://www.uia.be/node/164014

[12]. **Expanding Opportunities and Building Competencies for Young People. A New Agenda for Secondary Education. THE WORLD BANK Washington, D.C., 2005.

[13]. Magheruşan, L., Skraba, P., Beşleagă, C., Iftimie, S., Dina, N., Bulgariu, M., Bostan, C.G., Tăzlăoanu, C., Radu, A., Ion, L., Radu, M., Tanase, A., Bratina, G., Antohe, S., Electrical and Photoelectrical Properties of Organic Photovoltaic Cells Based on Polymer Blends ITO/PEDOT/P3HT: PCBM (1:1), Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 12 , No. 2, February 18, 2010, p. 212-218;

[14]. Florica, C., Arghir, I., Ion, L., Enculescu, I., Antohe, V. A., Radu, A., Radu, M., Chişulescu, G., Dina, N., Antohe, S., Production and charactderization of CdTe wire arrays for hybrid inorganic/organic photovoltaic cells, Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, Vol.6, No 1, January-March, 2011, p. 21-27;

[15]. Bostan, C.G., Dina, N., Bulgariu, M., Crăciun, S., Dafinei, M., Chitu, C., Staicu, I., Antohe, S., Teaching/Learning Photovoltaic Effect in High School, Romanian Reports in Physics, Vol.63, No.2 , p. 543-546, 2011;

[17]. S. Sun and N.S. Sariciftci (Eds.), Organic Photovoltaics: Mechanisms, And Devices, CRC Press, Boca Raton, FL, 2005.

[18]. H. Hoppe and N.S. Sariciftci, J. Matter. Res., 1924-1945, 2004.

[19]. C.W. Tang, Appl. Phys. Lett., 48, 183-185, 1986.

86

[20]. J.J.M. Halls, K. Pichler, R.H. Friend, S.C. Moratti, and A.B. Holmes, Appl. Phys. Lett., 68, 3120, 1996.

[21]. M. Drees, R. Davis, and R. Heflin, Polymer-fullerene concentration gradient photovoltaic devices by thermally controlled interdiffusion, in Organic Photovoltaics: Mechanism, Materials and Devices, S. Sun and N.S. Sariciftci (Eds.), CRC Press, Boca Raton, FL, 559, 2005

[22]. W. Ma, C. Yang, X. Gong, K. Lee, and A.J. Heeger, Adv. Func. Mater., 15, 1617-1622, 2005.

[23]. S. Sun and C. Bonner, Optimizations of organic solar cells in both space and energy/time domains, in Organic Photovoltaics: Mechanisms, Materials and Devices, S. Sun and N.S. Sariciftci (Eds.), CRC Press, Boca Raton, FL, Chapter 8, 2005, pp. 183-214.

[24]. S. Sun, Organic and polymeric solar cells, in Haandbook of Organic Electronics and Photonics, S.H. Nalwa (Ed.), American Scientific Publishers, Los Angeles, CA, vol. 2, Chapter 23, 2006.

[27]. Eds.: Mary D. Archer and Robert Hill, “Clean electricity from Photovoltaics”, Imperial College Press, 2001, ISBN 1-86094-161-3.

[28]. E. Lorenzo, G. L. Araújo, P. Davies, A. Cuevas, M. Egido, J. Minano, R. Zilles, Solar electricity: engineering of photovoltaic systems, Progensa, 1994

[29]. G.P. Smestad, Education and solar conversion: Demonstrating electron transfer, Solar Energy Materials and Solar Cells, 55, 157-178 (1998)

[30]. K. Zweibel, Harnessing Solar Power: The photovoltaics Challenge, Plenum Press, New York, 1990, 235-253

[31]. R.W. Buckey and E. Kuets, European photovoltaic education initiative, Renewable Energy, 5, 345-347 (1994)

[32]. I. Dima, I., I. Licea, High Schools, "Photoelectric phenomena in semiconductors and applications", Academy Publishing House, 1980

[33]. I Spânulescu, "Solar Cells", Scientific and Encyclopedic Publishing House, Bucharest, 1983

[34]. S. Antohe, “Electrical and Photovoltaic Properties of CdS/Copper Phthalocyanine Heterojunction”, Rev. Roum. Phys., 37, 309-313, (1992)

[35]. S. Antohe, L. Ion, N. Tomozeiu, T. Stoica, E. Barna, Electrical and photovoltaic properties of photosensitized ITO/a-Si:H p-i-n/TPyP/Au cells, Solar Energy Materials and Solar Cells; 62, 207-16, (2000)

87

[36]. S. Antohe, L. Tugulea, V. Gheorghe, V. Ruxandra, I. Căplanus and L.Ion, Electrical and Photovoltaic Properties of ITO/Chlorophyll a/TPyP/Al p-n Junction Cells, Phys. Stat. Sol.(a), 153, 581-588, (1996)

[37]. S.Antohe et al.J.Phys.Ill.France 6(1996) 1133-1144 [38]. S.Antohe et al.Phys Stat Sol (a) 153,581 (1996) [39]. S. Antohe, „Organic materials and electronic devices”,

"University Publishing House, Bucharest, 1996 [40]. S.Antohe, Phys.Stat.Sol. (a) 128,253, (1991)

Inter Disciplina Rita e

Documents

Transcript of Inter Disciplina Rita e