实验教学与科研创新相结合的探索与实践

大学物理实验课程包括基础型实验、提高型实验、研究型实验等从低到高、从基础到前沿、从传授知识到创新能力培养的完整教学体系,在进行创新人才培养、全面实施创新教育等方面有着其他课程教学不可替代的作用.本文分析了目前大学物理实验课程教学中存在的问题,探索教学与科研创新相结合,更好地培养学生的实践能力、创新能力以及科学研究的思想与方法.     

一种低带隙平面分子结构的聚合物合成

合成了一种给-受体型平面分子结构的低带隙共轭聚合物QP-1(聚[2,6-4,8-双十二烷氧基苯并[1,2-b;3,4-b’]二噻吩-4,7-二[2,5-噻吩]-5,6-二烷氧基-2,1,3苯并噻二唑)),研究了其热学、光物理和光伏性质。由电化学测试得到聚合物的带隙为1.79eV,最高分子占有轨道HOMO和最低分子未占轨道LUMO值分别为-5.47 eV和-3.49 eV。与富勒烯的衍生物PCBM有较为理想的能级匹配水平。使用聚合物/PC71BM共混物作为活性层构筑了本体异质结聚合物太阳能电池。光伏电池的能量转换效率为1.01%,开路电压为0.58 V,短路电流为4.25 mA/cm2,填充因子ff值为0.33。X射线粉末衍射(XRD)结果显示平面主链间的距离为0.365nm,具有较好的结晶性。     

碱溶液修饰硅纳米线阵列绒面

提出用碱溶液修饰硅纳米线阵列制作太阳能绒面的方法。实验中首先采用金属催化化学腐蚀法在Si(100)基底上制备了定向排列的硅纳米线阵列,然后将纳米线阵列浸入碱溶液中进行修饰,修饰时间分别为10,30,50,60,90s。通过扫描电子显微镜(SEM)对硅纳米线阵列进行形貌分析,采用太阳能测试系统附带的积分球测量纳米线阵列绒面结构的反射光谱。通过测量和分析发现硅纳线阵列在碱溶液中修饰30s时表面分布均匀,在400～1000nm波段的综合反射率低于4%。结果表明碱溶液修饰纳米线阵列的方法能够有效分散束状硅纳米线阵列,明显降低绒面的反射率,并且初步分析了碱溶液修饰硅纳米线阵列的分散机理。     

碱液修饰对硅纳米线阵列电池光谱响应的影响

采用金属催化化学腐蚀法在p型(100)硅基底上制备了硅纳米阵列,然后用碱溶液对纳米线阵列进行修饰。分别研究了碱液修饰对硅纳米线阵列形貌、光电性质的影响。研究表明: 与绒面及纳米线阵列相比,碱修饰30 s硅纳米线阵列的表面分散均匀,反射率降低;光谱响应度显著提高,并且出现最大量子效率对应波长红移现象。最后,详细讨论了碱液修饰硅纳米线阵列电池对光谱响应的影响机制。     

在大学物理实验中素质教育实践的体会

传统的实验教学模式只注重对实验内容的掌握理解,而忽视对学生的创新意识和创造才能的培养。通过培养学生的质疑能力,自主观察理解的积极性、培养学生的探究意识和培养学生的动手操作能力等来挖掘学生的潜能,从而充分培养学生的创新意识和创造才能。实验课是由各个环节有序衔接而成的,本文就大学物理实验教学中素质教育谈一谈自己的一点看法。     

平面型给-受体共轭聚合物的合成及在体异质结聚合物太阳能电池中的应用

设计合成了主链为聚2,8-{5,11-二烷基吲哚[3,2-b]咔唑}-4,7[2,5-噻吩]-二-5,6-二烷氧基-2,1,3-苯并噻二唑, 具有不同侧链的2种平面型给-受体共轭聚合物(QP-2和QP-3), 研究了其热学、光物理和光伏性质. 用聚合物-PC₇₁BM([6,6]-苯基C₇₁丁酸甲酯)共混物作为活性层构筑了本体异质结聚合物太阳能电池. 其中以QP-3为给体、以PC₇₁BM为受体的光伏电池能量转换效率最高达到2.59%, 开路电压为0.72 V, 短路电流为9.24 mA/cm², 填充因子为0.38. XRD结果表明, 平面型共轭聚合物具有较好的结晶性, 原子力显微镜(AFM)显示平面型共轭聚合物易于发生微观相分离.     

纳米氮化硅在提高PS版耐磨性中的应用研究

测试了纳米氮化硅可以使阳图PS版耐磨性提高30%,对感光度和分辨率没有影响.将<20nm氮化硅(0.0%—2.0%质量分数)超声波分散在混合溶剂中,再依次投入成膜树脂和光敏剂配制成感光胶,经离心涂布在(砂目Ra=0.65)铝版基上干燥后,晒版,显影,磨版.由反射密度的损失量评定印版耐磨性,由扫描电镜观察氮化硅纳米粒子在版面的状态.氮化硅质量分数为0.15%时耐印效果最好,大于2.0%时由SEM观察到团聚现象,印刷力下降.     

Fine-tuning of polymer photovoltaic properties by the length of alkyl side chains

This paper reports the synthesis and characteristics of a series of alkyl-substituted planar polymers. The physical properties are carefully tuned to optimize their photovoltaic performance. Depending on the length of soluble alkyl side chains which modify the structural order and orientation substantially in polymer backbones, the device performance can be improved significantly. The tuning of HOMO energy levels optimized polymers’ spectral coverage of absorption and their hole mobility, as well as miscibility with fullerene; all these efforts enhanced polymer solar cell performances. The shortcircuit current, Jsc for polymer solar cells was increased by adjusting polymer chain packing ability. It was found that films with well distributed polymer/fullerene interpenetrating network exhibit improved solar cell conversion efficiency. Enhanced efficiency up to 5.8% has been demonstrated. The results provide important insights about the roles of flexile chains in structure-property relationship for the design of new polymers to be used in high efficient solar cells.     

CDIO与大学生创新实践的融合

以柔性太阳能电池涂布机设备的研制为例,将CDIO工程化模式用于大学生创新训练项目的设计与研究过程,让学生直接参与思考和解决问题的活动,提高了学生的学习动力,培养了学生的开放式思维、创新能力、沟通表达能力、团队协作精神、责任感等,为培养高素质人才打下基础。     

Fullerene solar cells with cholesteric liquid crystal doping

This paper reports the doping effect of cholesteric liquid crystal 3β-Hydroxy-5-cholestene 3-oleate on polymer solar cells composed of the poly 3-hexyl thiophene and the fullerene derivative.With a doping ratio of 0.3 wt%,the device achieves an ideal improvement on the shunt resistor and the fill factor.Compared with the reference cell,the power conversion efficiency of the doped cell is improved 24%.The photoelectric measurement and the active layer characterization indicate that the self-assembly liquid crystal can improve the film crystallization and reduce the membrane defect.