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创新教育研究 2024年第9期12卷 285-291页

作者：苏飞宗雪平张双根天津理工大学集成电路科学与工程学院天津天津理工大学化学化工学院天津

工程伦理是国家教育部工程教育认证体系中对本科生毕业12条必备要求之一,也是工程硕士学位必修基础课程之一。工程伦理教育的目标定位就是要提高工程科技人员的道德水平,培育工程伦理素养,树立正确的利益价值观。基于此,设计了“意识–... 详细信息

工程伦理是国家教育部工程教育认证体系中对本科生毕业12条必备要求之一,也是工程硕士学位必修基础课程之一。工程伦理教育的目标定位就是要提高工程科技人员的道德水平,培育工程伦理素养,树立正确的利益价值观。基于此,设计了“意识–规范–能力”三位一体的进阶知识框架,且在各个知识点融入人道主义,社会公正、人与自然的和谐发展等课程思政要素。本论文首先介绍了工程伦理学国内外发展简史;其次,设计了工程伦理课程的培养目标、教学方法、教学手段和特色;第三,以“时代呼唤工程伦理”教学案例,较为详细地说明课程思政实施的过程;最后,给出课程思政建设的三点建议。Engineering ethics is one of the 12 essential requirements for undergraduate graduation in the engineering education certification system of the Ministry of Education of China, and it is also one of the compulsory basic courses for engineering master’s degree. The goal of engineering ethics education is to improve the moral level of engineering and technological personnel, cultivate engineering ethics literacy, and establish correct values of interests. Based on this, a three in one advanced knowledge framework of “consciousness norm ability” was designed, and ideological and political elements such as humanitarianism, social justice, and the harmonious development of human and nature were integrated into each knowledge point. This paper first introduces a brief history of the development of engineering ethics both domestically and internationally;secondly, the training objectives, teaching methods, teaching tools, and characteristics of the engineering ethics course were designed;thirdly, use the teaching case of “The Era Calls for Engineering Ethics” to provide a more detailed explanation of the process of implementing ideological and political education in the curriculum;finally, three suggestions are given for the construction of ideological and political education in the curriculum.

关键词：工程伦理工程教育认证课程思政伦理素养

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非共价共轭桥构建高性能有机HTMs

非共价共轭桥构建高性能有机HTMs

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第十一届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：梁茂张恒孙喆宗雪平天津理工大学

含有非共价构象锁的有机半导体（OSNCs）在有机HTMs中的应用具有三个优点:1)可固定分子几何构型以降低晶体的重组能,并提高空穴迁移率;2)增强分子间的π-π堆积,提高HTMs的空穴传输能力;3)提高HTMs溶解度并改善其表面形貌。近日,我们首... 详细信息

含有非共价构象锁的有机半导体（OSNCs）在有机HTMs中的应用具有三个优点:1)可固定分子几何构型以降低晶体的重组能,并提高空穴迁移率;2)增强分子间的π-π堆积,提高HTMs的空穴传输能力;3)提高HTMs溶解度并改善其表面形貌。近日,我们首次引入了苯并噻吩[3,2-b]噻吩（BTT）作为邻位基团来构建新型OSNCs,并制备了有机空穴传输材料ZS13。研究发现,基于BTT的OSNCs在HTMs中的应用具有独特优势。与参比HTM ZS15相比,包含BTT基团的ZS13具有更好的载流子提取/传输性能、更深的能级,增强的表面钝化效果和改善的热性能。得益于以上优点,在有效面积为0.1和1.01 cm时,基于ZS13的最优器件效率分别为24.39%和20.95%。此外,ZS13具有良好的热稳定性和抑制碘离子迁移的能力,ZS13制成的PSCs在85℃下老化1100 h后仍能保持大约78%的初始效率,显示出良好的耐久性。这一工作表明,噻吩烯基OSNCs在设计高效、稳定的有机高分子材料方面具有广阔的应用前景。基于这一研究工作,我们提出了OSNCs中邻位基团设计建议。首先,具有良好的输运性能、平面共轭结构和较大的带隙的邻位基团有助于提高器件的工作效率。其次,具有有效钝化效果的邻位基团有利于减少器件中的能量损失。最后,具有良好的氧化还原稳定性和热稳定性的邻位基团有利于提高器件的稳定性。

关键词：钙钛矿太阳能电池空穴传输材料噻吩稠环稳定性效率

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基于钴基电解质的三聚茚基光敏染料的研究

基于钴基电解质的三聚茚基光敏染料的研究

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作者：宗雪平天津理工大学

学位级别：硕士

自从O’Regan和Gratzel报道了有机染料敏化太阳能电池(DSSC)之后，DSSC由于自身优点：低成本和大规模应用的高潜力，受到越来越多的学者的关注。到目前为止，基于碘基电解质的钌基染料敏化DSSC，其光电转换效率达到11.4%。但是，碘基电... 详细信息

自从O’Regan和Gratzel报道了有机染料敏化太阳能电池(DSSC)之后，DSSC由于自身优点：低成本和大规模应用的高潜力，受到越来越多的学者的关注。到目前为止，基于碘基电解质的钌基染料敏化DSSC，其光电转换效率达到11.4%。但是，碘基电解质自身存在的缺陷制约了DSSC光电转换效率的进一步提高，钴基电解质的使用为DSSC光电转换效率的进一步提高带来了新的机遇。目前，基于钴基电解质的有机光敏染料的研究报道很少，并且研究发现仅仅将碘基电解质换为钴基电解质，电池性能并未明显提高。鉴于此，本项目拟设计合成新型有机染料，着力提高其光捕获能力和抑制电子复合能力，使之能适用于钴基电解质。本课题按照这样的思路设计，经过Stille偶联反应，Vilsmeier-Haack反应，Wittig反应以及Knoevenagel缩合等反应，合成了六种均以三聚茚修饰的三芳胺为供电基团，氰基乙酸为电子受体，以环氧噻吩(EDOT)，环氧噻吩—苯基，环氧噻吩—融噻吩为共轭桥的新型有机染料M14-19，并对染料及其中间体进行结构表征。测试了所合成的染料在碘基电解质和钴基电解质的光伏性能。研究发现，(1)制备的染料敏化太阳能电池，钴基电解质的开路电压均比碘基电解质高50mV以上，主要是因为钴基电解质可以降低激发电子与电解质在染料表面的电子复合概率。(2)电解质与染料分子间存在一定的构效关系，不同结构的染料分子在不同电解质中的性能表现不同，在钴基电解质中，具有双电子受体的染料M19的开路电压高于单电子受体的染料M14，含环氧噻吩—融噻吩共轭桥的M16的开路电压高于含环氧噻吩—苯基的共轭桥M15;而在碘基电解质中，电池的开路电压M14大于M19，M15大于M16。说明在染料分子中引入融噻吩基团或双电子受体结构有利于优化钴基电解质性能，只有电解质和染料分子协调配合才能达到最佳的DSSC光伏性能。(3)TiO2薄膜厚度对电解质的质量传输有一定的影响，使用5.5μm的TiO薄膜可以有效地减少钴基电解质的质量传输损失，有利于提高电池光电转换效率。基于钴基电解质测试，M14敏化DSSC的开路电压Voc为830mV，短路电流Jsc为12.0mA cm，填充因子FF为0.72，光电转换效率达到7.2%;M16的Voc为830mV，Jsc为11.9mA cm，FF为0.70，光电转换效率为6.9%。

关键词：钴基电解质三聚茚基染料光伏性能光电转换效率染料敏化太阳能电池

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2D材料石墨烯提高钙钛矿电池稳定性

2D材料石墨烯提高钙钛矿电池稳定性

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第四届新型太阳能电池学术研讨会

作者：薛松宗雪平 Babak Taheri 天津理工大学化学化工学院天津市有机太阳能电池与光化学转换重点实验室

界面修饰,可以有效减少缺陷态的形成,降低钙钛矿的非辐射复合,同时提高钙钛矿电池稳定性。本课题采用液相溅射沉积法,将氧化石墨烯(简写为O-Gr)沉积在电池的钙钛矿层(光捕获层)和空穴传输层的界面之间,实验设计见图1(a)和(b),结果如和(d... 详细信息

界面修饰,可以有效减少缺陷态的形成,降低钙钛矿的非辐射复合,同时提高钙钛矿电池稳定性。本课题采用液相溅射沉积法,将氧化石墨烯(简写为O-Gr)沉积在电池的钙钛矿层(光捕获层)和空穴传输层的界面之间,实验设计见图1(a)和(b),结果如和(d)所示。测试电池的J-V曲线,结果见图1(c)。参考电池效率为12.63%,将其内插在在钙钛矿和金属对电极中间,填充因子不变,但是电流显著增加,电压略提高(约35 mV),光电转换效率由12.63%提高到14.88%。最重要的是,在钙钛矿表层沉积极薄的氧化石墨烯,可以有效提高电池器件的光稳定性,结果见图1(d)所示。

关键词：钙钛矿电池稳定性石墨烯

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有效抑制电荷复合的晶体管状钙钛矿

有效抑制电荷复合的晶体管状钙钛矿

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第三届新型太阳能电池学术研讨会

作者：宗雪平薛松孙哲天津理工大学化学化工学院天津市有机太阳能电池与光化学转换重点实验室

钙钛矿电池中金属电极-钙钛矿界面和钙钛矿-空穴传输层(HTL)界面接触对于抑制电荷复合具有重要作用。其中在以ZnO为多孔层,PEDOT:PSS为空穴传输层表面沉积制备出纳米棒状钙钛矿晶体[1],这种棒状结构导致空穴传输层表面呈现很多针孔,不... 详细信息

钙钛矿电池中金属电极-钙钛矿界面和钙钛矿-空穴传输层(HTL)界面接触对于抑制电荷复合具有重要作用。其中在以ZnO为多孔层,PEDOT:PSS为空穴传输层表面沉积制备出纳米棒状钙钛矿晶体[1],这种棒状结构导致空穴传输层表面呈现很多针孔,不能完全覆盖钙钛矿,影响电池效率。Im课题组提出非"平面型"的纳米线状钙钛矿,可以有效促进电荷在钙钛矿-HTL界面分离[2],但是这种纳米线长10微米左右,较长的晶体会增大电荷在钙钛矿晶体传输的电阻,不利于电荷在纳米线钙钛矿附近分离。本课题介绍一种纳米管状钙钛矿,以DMF为溶剂,19w%的钙钛矿溶液沉积在TiO上制备得到,相比于平面型钙钛矿(溶剂GBL:DMSO=7:3 v/v),管状结构增加了perovskite/HTL的接触面积,有利于电荷分离。另外由于钙钛矿的电导率要远远大于HTL,激发电子沿着管状钙钛矿直接传递到TiO,空穴则从钙钛矿表面分离到HTL,管状结构使电荷在HTL与TiO表面的复合大大降低,提高电池性能。

关键词：管状钙钛矿晶体溶剂工程电荷复合

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基于TRIZ理论的扩展热泵压缩机运行界限的创新设计

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科技成果管理与研究 2021年第9期16卷 46-50页

作者：许旺蓓宗雪平天津理工大学工程训练中心天津300384

随着我国经济的发展,能源问题和环境污染问题曰益突出,热泵作为一种可再生能源技术,越来越广泛地应用于制热供暖领域。但是由于压缩机的结构限制,热泵的运行区域有限,在我国的部分地域无法使用。基于TRIZ理论,通过功能分析、因果分析、... 详细信息

随着我国经济的发展,能源问题和环境污染问题曰益突出,热泵作为一种可再生能源技术,越来越广泛地应用于制热供暖领域。但是由于压缩机的结构限制,热泵的运行区域有限,在我国的部分地域无法使用。基于TRIZ理论,通过功能分析、因果分析、矛盾分析、物场分析等方法,找出问题的关键点,并运用矛盾矩阵、分离原理、标准解、裁剪等工具进行求解,提出了一系列的可行性方案,对热泵系统进行优化设计,改进压缩机结构,最终解决了运行区域扩展的问题。

关键词： TRIZ 创新设计热泵压缩机

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聚合物的酰胺和氟的协同作用助力高效稳定的反式钙钛矿太阳能电池

聚合物的酰胺和氟的协同作用助力高效稳定的反式钙钛矿太阳能电池

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第九届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：罗明宗雪平梁茂薛松天津市有机太阳能电池与光电学转换重点实验室化学化工学院天津理工大学

开发具有缺陷钝化作用的空穴传输材料(HTMs)被证明是一种可以有效抑制钙钛矿电池的非辐射复合行为。目前,已报道的空穴传输材料大多用于钝化钙钛矿层的未配位Pb。然而,钙钛矿中MA和I的离子迁移过程也会严重影响器件效率和器件稳定性。... 详细信息

开发具有缺陷钝化作用的空穴传输材料(HTMs)被证明是一种可以有效抑制钙钛矿电池的非辐射复合行为。目前,已报道的空穴传输材料大多用于钝化钙钛矿层的未配位Pb。然而,钙钛矿中MA和I的离子迁移过程也会严重影响器件效率和器件稳定性。到目前为止,仅有少量HTMs可以同时钝化ABX结构钙钛矿中的MA/Pb阳离子和I阴离子缺陷。基于此,团队设计并开发了三种具有多点缺陷钝化功能的无掺杂聚合物空穴传输材料(BN、BNs-F和BNo-F)。其中BNs-F的酰胺桥中的羰基C=O和N-H分别有助于钝化未配位的Pb和卤化物相关的缺陷,桥中的F原子可以通过N-H···F键与钙钛矿中的MA+相互作用。此外,研究发现了聚合物分子中的酰胺基团和F原子之间也存在一定的分子间氢键(O=C NH···F),这使得BNs-F能够实现2.42×10 cm Vs的高空穴迁移率。因此,得益于削弱的非辐射复合行为和增强的电荷传输能力,基于BNs-F的器件实现了20.56%的光电转换效率,其效率超过了BN(19.03%)、BNo-F(19.07%)和PTAA(19.56%)。更重要的是,基于BNs-F的钙钛矿电池表现卓越的器件长期稳定性。研究结果为设计对MA/Pb/I缺陷具有综合钝化作用的聚合物空穴传输材料,以实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池提供了指导。

关键词：空穴传输材料钙钛矿电池钝化作用氟

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联二萘基有机小分子空穴传输材料在p-i-n结构钙钛矿电池的应用

联二萘基有机小分子空穴传输材料在p-i-n结构钙钛矿电池的应用

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第八届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：赵梅罗明路雨宗雪平薛松天津理工大学化学化工学院有机太阳能电池与光化学转换重点实验室

空穴分子母核的π共轭体系和对称结构与材料的成膜性具有重要关系。将具有C2对称轴结构的联二萘胺基团引入到有机小分子中,使分子呈现一定的扭转结构(图1),合成的材料溶解性好,所制备薄膜热稳定性好、薄膜形态稳定,有利于构筑稳定性良... 详细信息

空穴分子母核的π共轭体系和对称结构与材料的成膜性具有重要关系。将具有C2对称轴结构的联二萘胺基团引入到有机小分子中,使分子呈现一定的扭转结构(图1),合成的材料溶解性好,所制备薄膜热稳定性好、薄膜形态稳定,有利于构筑稳定性良好的钙钛矿电池。此外,π共轭聚合物表现优异的溶液加工性能、薄膜均匀性和机械灵活性。碳纳米管具有良好的导电性、导热性和化学稳定性等特性。受二者的启发,通过物理吸附将具有双胺基的空穴分子"附着"在多壁碳纳米管上,并进一步用于制备反式钙钛矿型太阳能电池(i-PSC)。研究发现多壁碳管掺杂对光电转换效率影响不大,但是可以显著提高钙钛矿电池的器件稳定性。上述结果表明,多壁碳管对空穴分子的非共价功能化是一种低成本且有效提高i-PSC器件稳定性的策略。

关键词：钙钛矿太阳能电池空穴传输材料联二萘

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构建无甲氧基供电基团提高PSCs的光电转换效率和稳定性

构建无甲氧基供电基团提高PSCs的光电转换效率和稳定性

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第七届新型太阳能电池材料科学与技术学术研讨会

作者：王甲临宗雪平孙喆陈瑜薛松梁茂天津有机太阳能电池与光化学转换重点实验室天津理工大学

随着钙钛矿太阳能电池(PSCs)的效率超过20%,PSCs器件的稳定性已成为商业化的关键挑战。但迄今为止,最有效的空穴传输材料(HTM)仍然依赖于最新的甲氧基取代三苯胺。然而,甲氧基在提高空穴迁移率的同时,也带来诸多缺点:(1)甲氧基的引入会... 详细信息

随着钙钛矿太阳能电池(PSCs)的效率超过20%,PSCs器件的稳定性已成为商业化的关键挑战。但迄今为止,最有效的空穴传输材料(HTM)仍然依赖于最新的甲氧基取代三苯胺。然而,甲氧基在提高空穴迁移率的同时,也带来诸多缺点:(1)甲氧基的引入会降低分子的玻璃态转变温度,这使钙钛矿在热压条件下容易降解,从而降低电池器件的稳定性。(2)甲氧基的引入会增加空穴传输层的亲水性,使钙钛矿容易受到空气中水蒸汽的侵蚀而降解。一言以蔽之,甲氧基在提高空穴迁移率的同时,不可避免地对电池器件的稳定性带来负面影响。本工作首次提出杂化策略构建具有复合结构的杂化型无甲氧基电子给体。依据该思路,我们发现5,11-二氢-11,11-二甲基茚并[1,2-b]咔唑(图1)是一种优良的无甲氧基电子给体。实验结果发现茚并[1,2-b]咔唑作为供电单元在效率及稳定性方面均优于传统的甲氧基三苯胺。同时,为揭示茚并[1,2-b]咔唑表现出优良性能的内在原因,我们采用咔唑和芴分别合成另外两种空穴(M127和M128)。研究发现,芴基团控制了空穴的形貌和空穴的提取,而咔唑控制了空穴的能级及空穴迁移率。茚并[1,2-b]咔唑不仅继承了咔唑和芴的各自优点,而且还表现出由较大的平面结构引起的额外优势。该研究取得的成果包括:1)采用无甲氧基的供电单元,基于M129的钙钛矿太阳能电池获得了超过20%的掺杂效率和超过17%的免掺杂效率。2)无甲氧基茚并咔唑在空穴传输材料中的应用使电池实现了效率和稳定性的平衡。基于M129的钙钛矿太阳能电池实现了1000小时以上的长期稳定性。3)本研究为构筑高性能无甲氧基电子给体以及提高PSCs的工作稳定性提供新思路。

关键词：空穴传输材料供电基团甲氧基钙钛矿太阳能电池

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一种能够同时用于n-i-p和p-i-n结构钙钛矿电池的菲并咪唑基小分子空穴传输材料

一种能够同时用于n-i-p和p-i-n结构钙钛矿电池的菲并咪唑基小分子...

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第八届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：华梦楠程杨宗雪平薛松天津理工大学化学化工学院有机太阳能电池与光化学转换重点实验室

目前,钙钛矿太阳能电池按结构分类,主要分为正置结构钙钛矿太阳能电池(ni-p)和反置钙钛矿太阳能电池(p-i-n)。目前适用于n-i-p结构钙钛矿电池的空穴传输材料,在分子设计上通常引入高度共轭结构,以获得高电导率和空穴迁移率。然而,在p-i-... 详细信息

目前,钙钛矿太阳能电池按结构分类,主要分为正置结构钙钛矿太阳能电池(ni-p)和反置钙钛矿太阳能电池(p-i-n)。目前适用于n-i-p结构钙钛矿电池的空穴传输材料,在分子设计上通常引入高度共轭结构,以获得高电导率和空穴迁移率。然而,在p-i-n结构钙钛矿电池中,一般沉积较薄的非掺杂空穴传输层(一般小于50 nm),当所需空穴传输层很薄时,分子的高度共轭结构不利于形成薄膜形态稳定的致密薄膜。因此,目前能够同时适用于n-i-p和p-i-n两种结构钙钛矿电池的有机空穴传输材料非常少,使得空穴传输材料的应用范围受限,不利于工业化大规模应用和可持续发展。如下图所示。实验结果发现,PI-2的菲并咪唑母核具有共平面π延伸体系,促进了分子间π-π相互作用,实现了高空穴迁移率。此外,具有较低分子对称性的PI-2形成了光滑致密且平整性佳的非晶态空穴薄膜。使用PI-2制备的p-i-n结构PSCs获得了19.11%的光电转换效率,n-i-p结构PSCs的效率达到21.65%,分别超过了相同条件下的明星分子PTAA(19.01%)和Spiro-OMeTAD(21.07%)。

关键词：钙钛矿太阳能电池空穴传输材料咪唑

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