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分子取向调控对有机太阳电池器件性能的提升

复合材料学报 2022年第5期39卷 1986-1994页

作者：郭丰钟天喻康林雷诗云张明睿肖标胡黎文王亮江汉大学光电材料与技术学院光电化学材料与器件教育部重点实验室武汉430056

活性层形貌对有机太阳电池的器件效率有着重要的影响。调控活性层中的分子取向是优化其形貌的方式之一。本文旨在采用Layer-by-Layer(LbL)的方法调控有机太阳电池活性层中分子的取向,进而提升电池器件的效率。通过向电子受体中加入不同... 详细信息

活性层形貌对有机太阳电池的器件效率有着重要的影响。调控活性层中的分子取向是优化其形貌的方式之一。本文旨在采用Layer-by-Layer(LbL)的方法调控有机太阳电池活性层中分子的取向,进而提升电池器件的效率。通过向电子受体中加入不同的添加剂实现活性层中受体分子(Y6)的取向调节,优化后器件的能量转换效率达到16.2%。利用椭圆偏振光谱和掠入射广角X射线散射(GIWAXS)技术对活性层薄膜进行了表征,结果表明,向受体中加入1,8-二碘辛烷(DIO)作为添加剂后,活性层中的Y6分子倾向水平取向,向受体中加入氯萘(CN)作为添加剂后,Y6分子倾向于垂直取向。电学和光学表征结果表明,Y6的水平取向增加了器件内激子的分离效率,进而提升了器件的能量转换效率。

关键词：有机太阳电池逐层沉积分子取向椭圆偏振光谱掠入射广角X射线散射受体分子(Y6)

基于不同催化剂制备简单聚合物给体材料和铁电聚合物添加剂改善有机太阳能电池性能

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基于不同催化剂制备简单聚合物给体材料和铁电聚合物添加剂改善有...

作者：邓嘉伟南昌大学

学位级别：硕士

有机太阳能电池(OSC)因其质量轻,柔性,可半透明等独特优势,在众多太阳能电池中脱颖而出,已成为当下的热点研究对象。虽然目前高效有机太阳能电池效率已接近20%,但由于昂贵的活性层材料和复杂的涂膜过程,距离真正意义上产业化仍有较大差... 详细信息

有机太阳能电池(OSC)因其质量轻,柔性,可半透明等独特优势,在众多太阳能电池中脱颖而出,已成为当下的热点研究对象。虽然目前高效有机太阳能电池效率已接近20%,但由于昂贵的活性层材料和复杂的涂膜过程,距离真正意义上产业化仍有较大差距。这意味着结构更加简单的光活性层材料和简便的器件优化工艺对于OSCs十分重要。因此,本文的研究主要集中于设计结构简单的给体材料以及廉价的铁电聚合物添加剂对于器件性能的优化。针对体相异质结中给体和受体材料由于溶解性差异而导致的不均匀混合,以及逐层沉积过程下层给体的冲刷问题,选择性的将苯并三氮唑(BTz)单元与单酯基噻吩结合,合成了两个A1-A2型的聚合物给体PBTz-TC和PBTz-TTC。这样的组合使得在保持双层器件所需高结晶性要求下又可以在活性层给体和受体界面显示出更长的激子解离区域,从而有利于器件获得更高的短路电流密度和填充因子。因此,以PBTz-TC/IT-4F为活性层的OSCs可以实现11.96%的高功率转换效率和>20 m A cm的高短路电流密度。同时,我们以PBTz-TC为例,深入研究了催化剂选择造成的分子量、光学性质及结晶性的差异,为光电聚合物合成中催化剂的选择提供了相关研究基础。针对增强内建电场来促进电荷转移过程这一具有重要意义却很少受到关注的问题,探索了将廉价的铁电聚合物聚偏二氟乙烯(PVDF)作为添加剂引入到非富勒烯OSCs的活性层中,从而优化内部电荷动力学并提高器件性能。铁电偶极子极化产生的感应电场有助于促进活性层中激子分离和载流子传输,降低电荷复合并微调薄膜形态。该策略在多个体系中均有着良好的效果,以PM6:Y6为活性层的OSC实现了创纪录的17.72%的效率,以PM6:BTP-e C9为活性层的OSC同样实现了18.17%的出色效率。进一步利用铁电聚偏氟乙烯(PVDF)来改善大面积有机太阳能电池综合性能。PVDF的加入不仅增强了内部电场的构建,促进电荷动力学过程,而且聚合物给体和PVDF之间的强相互作用和链缠结可以形成强大的聚合物网络,有效地保护活性层免受D/A组分之间的过度冲洗/膨胀,从而诱导有利的垂直相分布。良好的促进作用同样有利于绿色溶剂的刮刀涂布印刷,提高装置效率和稳定性,并增强装置的机械柔性。由于PVDF的多重优势,基于PM6/BTP-e C9的LBL器件获得了18.35%的高效率,通过用绿色溶剂进行刮刀涂布印刷,大面积(1.21 cm)二元器件的效率达到16.40%。此外,PVDF的聚合物网络同时提高了断裂强度和拉伸应变,使活性层材料具有了更高的韧性,促使基于小分子的系统甚至具有与全聚合物系统相当的机械柔性和综合性能。

关键词：有机太阳能电池聚合物给体铁电聚合物内置电场逐层沉积

聚合物的分子结构和器件制备方法影响光伏性能的研究

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聚合物的分子结构和器件制备方法影响光伏性能的研究

作者：蒋秋菊汕头大学

学位级别：硕士

随着全球人口的增加,化石能源消耗也日益增加。太阳能因为其得天独厚的优势,如可再生、绿色环保无污染,来源丰富被认为是未来最有前途的清洁能源之一。在所有太阳能电池种类中,有机太阳能电池（OSCs）由于其器件结构简单、重量轻和可柔... 详细信息

随着全球人口的增加,化石能源消耗也日益增加。太阳能因为其得天独厚的优势,如可再生、绿色环保无污染,来源丰富被认为是未来最有前途的清洁能源之一。在所有太阳能电池种类中,有机太阳能电池（OSCs）由于其器件结构简单、重量轻和可柔性等优点吸引了国内外大量科研人员的注意。近几年,随着非富勒烯受体的出现,特别是ITIC、Y6及其衍生物的出现,最高水准的二元OSCs器件的光电转化效率（PCE）已经超过18%。OSCs器件性能的提高除了归因于材料的研发,还与器件结构和形貌优化息息相关。本文主要聚焦于聚合物给体材料的光电物理性质和器件制备方法对光伏器件性能的影响,取得的成果如下:1)聚合物的溶解度影响逐层沉积器件光伏性能的机制研究:聚合物PNTB6-Cl不溶于氯仿,基于PNTB6-Cl:N3逐层沉积有机太阳能电池（LBL-OSCs）器件的PCE为17.59%,远高于基于PNTB-Cl:N3 LBL-OSCs器件的15.24%和基于PM6:N3控制器件的16.20%。重要的是,PNTB6-Cl优异的批次重复性克服了聚合物给体依赖批次的问题,表明PNTB6-Cl是一种很有前途的聚合物给体。揭示了聚合物的溶解度影响光伏器件性能的机制:在电子受体N3的旋涂中,无定形区的聚合物被清洗掉,留下结晶区域,从而更有利于电子受体的渗入,使LBL膜表面更加光滑,荧光猝灭效率更高;而易溶于氯仿的PNTB-Cl,在沉积电子受体过程中无差别的清洗无定形区和结晶区域。聚合物的溶解度特性可以显著影响LBL-OSCs的电子受体渗入、相分离和光伏性能,该研究对高性能聚合物给体的设计具有重要的指导意义。2)揭示影响光伏性能和器件稳定性的聚合物分子结构因素,对指导聚合物给体材料的合理设计至关重要。通过提高平面性增强π-π堆积是设计聚合物给体材料最常用的策略,不同于该策略,本工作揭示:增强聚合物的分子间相互作用可以显著提高光电转换效率和器件热稳定性。由于共轭链的扭曲,基于NTI的聚合物共轭链通过原子间弱相互作用堆积,而非π-π堆积。降低NTI上的烷基链位阻可以显著增强C=O与H-C间的范德华力,促使PNTB-HD在固体膜中具有更紧密的堆积和氯仿溶液中显示出更强的自聚集效应,从而产生更有效的荧光猝灭率、良好的活性层形貌和更高的载流子迁移率。因此,基于PNTB-HD:N3的两组分光伏器件具有18.15%的PCE,远远高于PNTB-2T:N3的16.77%和PM6:N3的16.28%。且在连续热退火条件下,展现出更优异的热稳定性,PNTB-HD:N3在65℃,128 h热退火后保持了82.9%的初始效率,而PNTB-2T:N3的仅保持73.1%初始效率。本研究说明:聚合单体中引入电负性大的原子且促进更强分子间作用力的形成是合成高性能聚合物给体材料的新策略,这对今后开发高效、热稳定好的OSCs聚合物给体材料具有重要的指导作用。

关键词：噻吩稠合萘单酰亚胺逐层沉积溶解度分子间相互作用力热稳定性

基于ETFE/SiO2混合液的高透光性超疏水薄膜与油水分离滤网的制备与研究

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基于ETFE/SiO2混合液的高透光性超疏水薄膜与油水分离滤网的制备...

作者：张小兴苏州大学

学位级别：硕士

受“荷叶效应”的启发,具有自清洁、低阻、耐腐蚀等优良性能的超疏水表面受到人们的广泛关注。到目前为止,研究人员利用不同的材料通过不同的方法制备出多种超疏水表面。但大多数研究无法真正应用到实际生活,仍存在许多问题需要克服:制... 详细信息

受“荷叶效应”的启发,具有自清洁、低阻、耐腐蚀等优良性能的超疏水表面受到人们的广泛关注。到目前为止,研究人员利用不同的材料通过不同的方法制备出多种超疏水表面。但大多数研究无法真正应用到实际生活,仍存在许多问题需要克服:制备成本高、涂层机械稳定性差、易老化、涂层更换困难等。本研究采用喷涂法制备的超疏水表面,具有制备设备成本低、工艺简单、不易老化、更换简单等优点。主要研究内容如下:1、采用喷涂法将乙烯-聚四氟乙烯共聚物/二氧化硅(ETFE/Si02)混合液喷涂在玻璃基底上,利用ETFE/SiO2复合薄膜的疏水性,采用逐层沉积工艺使ETFE/SiO2复合薄膜表面呈现出粗糙结构,从而使ETFE/SiO2复合薄膜产生超疏水性:其水接触角为159°,滚动角为2.5°。ETFE/SiO2复合超疏水薄膜在可见光波段透过率高达95%以上,超过普通玻璃的透过率。ETFE/SiO2复合超疏水薄膜还显示出优良的自清洁型、耐酸碱性、耐磨性和可修复性。此外,我们还设计出多层结构,使ETFE/SiO2复合薄膜更便于运输和使用。2、以铜网为骨架,采用喷涂法将ETFE/SiO2复合超疏水薄膜制备在铜网上,大大增加了 ETFE/SiO2复合超疏水薄膜的机械强度。随后,我们使用激光烧蚀工艺在ETFE/SiO2复合超疏水薄膜上烧蚀出一定大小的孔洞,制备出超疏水-超亲油滤网,其水接触角为157°,煤油接触角为0°。该滤网对不同种类的油水混合物分离效率均达97%以上,并且显示出良好的耐盐性。我们还设计出基于超疏水-超亲油滤网的油水分离装置并制备出简易装置,从而验证了该装置的实用性。

关键词：超疏水喷涂法逐层沉积 ETFE 油水分离

基于掺氯有机金属卤化物钙钛矿材料的高效太阳能电池研究

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基于掺氯有机金属卤化物钙钛矿材料的高效太阳能电池研究

作者：周欢欢郑州大学

学位级别：硕士

钙钛矿太阳能电池是一种非常有前景的基于有机无机杂化材料的光伏体系,相比与其他种类的太阳能电池,钙钛矿太阳能电池的研究发展的非常迅速。钙钛矿类材料具有非常优异的晶体学特征及光电性能。首先,钙钛矿材料拥有近乎完美的结晶度,这... 详细信息

钙钛矿太阳能电池是一种非常有前景的基于有机无机杂化材料的光伏体系,相比与其他种类的太阳能电池,钙钛矿太阳能电池的研究发展的非常迅速。钙钛矿类材料具有非常优异的晶体学特征及光电性能。首先,钙钛矿材料拥有近乎完美的结晶度,这是砷化镓和晶体硅等无机太阳能电池材料共有的特征,但制造完美的无机太阳能材料通常需要非常高的温度、昂贵的真空设备和复杂的生长工艺,而高结晶度的钙钛矿类材料能在低温下,通过简易的化学方法合成。同时,钙钛矿类材料具有优异的光吸收性能,此类材料带隙宽度合适,约为1.5 eV,光吸收能力比有机染料高10倍以上,400 nm厚的薄膜即可吸收紫外-近红外光谱范围内的所有光子[1]。另一方面,钙钛矿类材料具有长程载流子扩散性能,掺氯的甲胺基卤化铅的载流子有效扩散长度超过了1μm,是有机太阳能电池材料扩散长度的100倍。再者,钙钛矿类电池光电转换过程的基本能量损失很小,约为0.4 eV,而商业化的单晶硅电池能量损失也约为0.4 eV,这个特性远优于传统的染料敏化电池（0.8 eV）。本研究提出基于钙钛矿类材料的平面异质结太阳能电池的制备思路,采用氯化铅和碘甲胺为原料反应生成杂化钙钛矿材料CH3NH3PbIxCl3-x,作为太阳能电池的光吸收层,采用FTO作为透明导电电极作为电子收集层,并采用旋涂工艺分别制备出电子传输层（二氧化钛致密层）、光吸收层（钙钛矿层）和空穴传输层,通过热蒸镀技术蒸镀金作为空穴收集层,舍弃了传统敏化太阳能电池中的介孔Ti02层,简化了器件结构和制备工艺,制备出的平面异质结薄膜太阳能电池。本研究分别采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计对电池材料的晶体结构、形貌、吸收光谱进行检测。电池的性能参数是在AM1.5模拟光源,100 mW/cm2的光强的标准条件下进行测试,沉积5层钙钛矿材料的电池平均光电转换效率达到9.05%,最优性能电池的光电转换效率达到10.88%,开路电压0.88 V,短路电流23.71 mA/cm2,填充因子52.7%。

关键词：钙钛矿结构有机无机复合薄膜太阳能电池异质结逐层沉积

磷酸氢钙(CaHPO4·2H2O)和抗生素改性的PEEK用于抗感染和增强骨整合

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磷酸氢钙(CaHPO4·2H2O)和抗生素改性的PEEK用于抗感染和增强骨整...

作者：薛志强福建医科大学

学位级别：硕士

聚醚醚酮(PEEK)是一种在生物医学领域极具吸引力的医用高性能工程材料,具有优异的生物相容性、接近皮质骨的低弹性模量、耐化学腐蚀、自润滑性、耐高温性以及耐疲劳性。目前以PEEK为材质的医疗耗材已经广泛应用于医学领域,尤其是在骨科... 详细信息

聚醚醚酮(PEEK)是一种在生物医学领域极具吸引力的医用高性能工程材料,具有优异的生物相容性、接近皮质骨的低弹性模量、耐化学腐蚀、自润滑性、耐高温性以及耐疲劳性。目前以PEEK为材质的医疗耗材已经广泛应用于医学领域,尤其是在骨科以及口腔医学中,PEEK的出现为植入式器械提供丰富且日益广泛的选择。但是PEEK的生物惰性会阻碍PEEK与周围正常骨组织的整合,尤其是在一些植入物区域伴有细菌感染的情况下。植入物的感染不仅会导致植入物的松动、造成骨整合失败甚至随着感染的扩散会引起严重的后果。尽管在抗菌药物以及人工材料方面已经取得了较大的进展,但是在具有抗菌功能的植入物领域仍然存在不足。因此,为了提高PEEK植入物的疗效,对植入物进行改良,预防感染甚至控制感染,促进骨整合,是骨科植入物治疗中一个重要的步骤。在这项研究的第一部分中,建立循环可控的逐层沉积(LBL)法在PEEK表面快速构建含有硫酸庆大霉素(GS)的磷酸氢钙((CaHPO·2HO)(CaP)层,得到CaP和GS改性的PEEK,并命名为PEEK/CaP-GS。得到的CaP和GS改性的PEEK通过重复LBL循环周期3,6,9次的制备的PEEK/CaP-GS被称为PEEK/CaP-GS*3,PEEK/CaP-GS*6和PEEK/CaP-GS*9。对改性后的PEEK/CaP-GS的形态,结构和表面特性进行了详细的表征。在第二部分中通过体外抗菌实验表明所有的PEEK/CaP-GS样品具有优异且持续的抗菌性能。细胞学实验揭示了PEEK/CaP-GS的良好的生物相容性和促进细胞成骨分化的能力。在第三部分的实验中结合体内动物模型、骨形态学计量、组织学分析表明PEEK/CaP-GS具有控制骨组织感染并促进骨整合的能力。本文通过建立简便、有效的表面修饰方法改性PEEK,赋予其抗菌功能和提升骨整合能力的生物学功能以满足临床应用要求。

关键词：聚醚醚酮逐层沉积磷酸氢钙(CaHPO4·2H2O) 双重功能抗感染骨整合

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逐层加工型全聚合物太阳电池形貌与性能研究

逐层加工型全聚合物太阳电池形貌与性能研究

作者：占涛桂林电子科技大学

学位级别：硕士

有机太阳电池具有柔性、半透明、质地轻盈等诸多优点而被认为是一种极具潜力的太阳电池技术。基于P-型聚合物给体和N-型聚合物受体为活性层的全聚合物太阳电池(All-Polymer Solar Cells,All-PSCs)是有机太阳电池中的一个重要分支,其因... 详细信息

有机太阳电池具有柔性、半透明、质地轻盈等诸多优点而被认为是一种极具潜力的太阳电池技术。基于P-型聚合物给体和N-型聚合物受体为活性层的全聚合物太阳电池(All-Polymer Solar Cells,All-PSCs)是有机太阳电池中的一个重要分支,其因出色的水、氧和机械稳定性等受到了广泛关注。活性层沉积工艺是影响形貌,决定器件性能的关键因素。在All-PSCs中,给、受体聚合物间的强作用力会明显增加活性层形貌调控的复杂性,因此采用传统的混合溶液加工(Blend Cast,BC)往往无法获得理想的形貌;相对而言,逐层加工(Layer By Layer,LBL)给体与受体溶液可以更灵活地调控活性层形貌。此外,聚合物受体的结构与性质对LBL加工工艺以及活性层形貌也有重要影响。因此,本文基于两种不同主链结构的聚合物受体,研究了LBL对All-PSCs形貌和性能的影响,相关工作分为两个部分展开:在第三章,研究了BC与LBL加工方法对基于醌式聚合物受体(Pz DP-T和Pz DP-2FT)的All-PSCs光电性能的影响以及基于LBL的活性层形貌与器件性能的关系。分别将具有良好近红外吸收和不同结晶性的Pz DP-T和Pz DP-2FT与给体PBDB-T搭配来构建All-PSCs。采用BC法制备基于PBDB-T:Pz DP-T的All-PSCs的空穴(μ)与电子迁移率(μ)极低,仅为3.90、38.0×10 cm V s,这导致器件无光伏响应;而采用LBL制备活性层,使器件的μ、μ分别大幅提升至5.11、15.2×10 cm V s,器件效率显著提升到1.3%。结果还表明,采用更高结晶性的Pz DP-2FT作为受体,可以使LBL活性层获得更好的相分离和有序性,因此器件效率进一步提高到2.7%。这些结果表明,LBL有助于改善基于醌式结构聚合物受体的All-PSCs的形貌和性能。在第四章,研究了BC和LBL方法对基于萘二酰亚胺(Naphthalene Diimide,NDI)骨架的聚合物受体PTz NDI-T的All-PSCs的活性层形貌和器件性能的影响。将具有较强聚集性和良好电子迁移率的PTz NDI-T与聚合物给体J52-Cl搭配构建All-PSCs。基于BC的正装和倒装器件均无光伏性能,而基于LBL的正装和倒装器件分别获得了高达6.3%和6.0%的效率。对活性层形貌的研究表明:基于BC的活性层中的J52-Cl相过度分散,而PTz NDI-T相的连续性被严重破坏,导致器件极低的μ和0%的效率。而基于LBL的活性层呈现出具有双连续互穿网络结构的体异质结形貌,这能够提供高效的电荷产生、传输和收集,从而实现高效的All-PSCs。这些结果表明,LBL对改善NDI基聚合物受体的All-PSCs的相分离形貌和器件性能具有显著优势。

关键词：全聚合物太阳电池混合溶液加工逐层沉积形貌调控

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膀胱结石患者应注意什么

健康 2002年第8期 42-42页

作者：徐文瑞

安徽张文明问:经检查我患有膀胱结石,平时生活中要注意什么? 答:膀胱结石是常见的泌尿系结石之一,大多数是由尿盐围绕一个核心逐层沉积而形成,其形成因素为:膀胱内异物、感染、长期卧床、饮食习惯、代谢因素、地区水土因素等等。还有,... 详细信息

安徽张文明问:经检查我患有膀胱结石,平时生活中要注意什么? 答:膀胱结石是常见的泌尿系结石之一,大多数是由尿盐围绕一个核心逐层沉积而形成,其形成因素为:膀胱内异物、感染、长期卧床、饮食习惯、代谢因素、地区水土因素等等。还有,老年人前列腺肥大会引起膀胱颈部梗阻,使尿液潴留。

关键词：膀胱结石结石发生逐层沉积代谢因素前列腺肥大老年人形成因素泌尿系结石长期卧床尿液