Slot-die kaplama, sıvı mürekkebin dar bir yarıktan kontrollü debiyle hareketli bir altlık üzerine sürekli film halinde aktarılmasını sağlayan ölçeklenebilir bir ince-film üretim yöntemidir. Bu çalışma, Cs_0.175FA_0.75MA_0.075Pb(I_0.88Br_0.12)₃ bileşimindeki karma katyonlu ve karma halojenürlü perovskit filmlerin slot-die baskısını; mürekkep debisi, kaplama hızı, altlık sıcaklığı ve kaplama aralığı üzerinden optimize etmiş, ardından %5 mol metilamonyum klorürün (MACl) kristalleşme ve esnek güneş hücresi performansı üzerindeki etkisini incelemiştir. Optimize edilmiş filmler yaklaşık 300–400 nm kalınlık, yoğun ve sürekli mikroyapı, 750–800 nm civarında absorbsiyon başlangıcı ve yaklaşık 1,55 eV optik bant aralığı göstermiştir. MACl içeren esnek hücrelerde en iyi ters tarama güç dönüşüm verimi %9,72'ye ulaşırken referans cihaz için bu değer %8,04'tür. Bununla birlikte çalışma uzun dönem kararlılığı, geniş alanlı ölçek büyütmeyi ve gerçek kullanım koşullarındaki dayanıklılığı doğrulamamaktadır.

Perovskit öncül çözeltisi 1,4 M derişimde hazırlanmış ve temel çözücü olarak susuz dimetil sülfoksit (DMSO) kullanılmıştır. Filmlerin oluşumunda hava bıçağıyla hızlandırılmış bir kurutma aşaması kullanılmamış; kuruma ve kristalleşme slot-die cihazının ısıtılmış tablası üzerinden gerçekleştirilmiştir. Kaynak, ilk baskı optimizasyonunda örnek 4, 5, 7 ve 8'i en yüksek görsel homojenlik ve yüzey kaplamasına sahip örnekler olarak seçmiş; UV–Vis ölçümlerinde örnek 8 en yüksek absorbsiyonu göstermiştir.

%5 mol MACl ilavesi, araştırmacıların yorumuna göre kristalleşmeyi düzenlemiş, taneler arası bağlantıyı güçlendirmiş ve film tekrar üretilebilirliğini iyileştirmiştir. X-ışını kırınımı sonuçları MACl ilavesinin incelenen koşullarda yeni bir algılanabilir ikincil faz oluşturmadığını ve temel perovskit kristal yapısının korunduğunu göstermiştir. Fotovoltaik cihazlarda en belirgin değişim kısa devre akım yoğunluğunda görülmüş; en iyi ters tarama J_SC değeri 12,91 mA/cm²'den 15,01 mA/cm²'ye yükselmiştir. Açık devre gerilimi ise çok daha sınırlı değişmiştir.

Perovskit film bu çalışmada nedir?

Çalışmanın aktif ışık soğurucu tabakası Cs_0.175FA_0.75MA_0.075Pb(I_0.88Br_0.12)₃ bileşimindeki karma katyonlu ve karma halojenürlü bir kurşun halojenür perovskittir. Burada Cs sezyumu, FA formamidinyumu, MA metilamonyumu, Pb kurşunu, I iyodürü ve Br bromürü temsil eder.

“Karma katyonlu” denmesinin nedeni tek bir A-tipi bileşen yerine Cs, FA ve MA'nın birlikte kullanılmasıdır. “Karma halojenürlü” ifadesi ise anyon tarafında yalnız iyodür yerine iyodür ve bromürün birlikte bulunmasını anlatır. Kaynak, bu kompozisyonu daha önce bildirilmiş bir formülasyona dayandırmakta ve çalışmanın katkısını esas olarak bu malzemenin slot-die baskı prosesinin ve MACl destekli kristalleşmesinin optimizasyonunda kurmaktadır.

Slot-Die Kaplama Nedir ve Bu Çalışmada Hangi Değişkenler Kontrol Edildi?

Slot-die kaplama, perovskit mürekkebinin kontrollü bir pompa debisiyle kaplama kafasına gönderildiği ve dar bir yarıktan hareketli, sıcaklığı kontrol edilen altlığa aktarıldığı sürekli bir film üretim yöntemidir; bu çalışmada temel kontrol değişkenleri pompa debisi PR, kaplama/tablanın ilerleme hızı CS, tabla sıcaklığı T_c ve kaplama penceresi CW'dir.

PR: pompa debisi

PR (pump rate), kaplama kafasına bir dakikada gönderilen sıvı hacmidir ve µL/dk birimiyle verilmiştir. Debi, birim zamanda sisteme ne kadar perovskit öncül çözeltisi beslendiğini belirler. Ancak ortaya çıkan nihai film kalınlığı yalnız PR'ye bağlı değildir; hareket hızı, altlık sıcaklığı, solventin buharlaşması ve kaplama geometrisi de film oluşumuna birlikte etki eder.

CS: kaplama hızı

CS (chuck speed/coating speed), altlığın slot-die kafasının altından geçiş hızını ifade eder ve cm/dk cinsinden verilmiştir. MACl deneylerinde kaynak, kaplama hızı arttıkça film kalınlığının monoton biçimde azaldığını bildirmektedir. Araştırmacılar bu sonucu, yüksek hızda birim alan başına aktarılan malzemenin azalmasıyla ilişkilendirmiştir.

T_c: altlık/tablanın sıcaklığı

T_c, kaplama sırasında altlığın üzerinde bulunduğu ısıtılmış tablanın sıcaklığıdır. Çalışmanın önemli özelliklerinden biri, film oluşumunda hava bıçağıyla kurutma kullanılmaması ve kristalleşmenin ısıtılmış tabla tarafından desteklenmesidir. Böylece solvent uzaklaşması ve kristalleşme dinamikleri doğrudan baskı sırasında uygulanan ısıl koşullardan etkilenmektedir.

CW: kaplama penceresi

CW (coating window), kaynakta shim ile altlık yüzeyi arasındaki uzaklık olarak tanımlanır. Çalışmadaki kaplama deneylerinde bu mesafe 0,1–0,2 mm aralığında değiştirilmiştir. Bu geometrik parametre, slot-die kafası ile altlık arasındaki sıvı menisküsünün ve kaplama bölgesinin fiziksel koşullarını belirleyen unsurlardan biridir.

Kaynak Şekil 1'deki sekiz başlangıç baskı koşulu

Kaynak içi parametre farkı: yöntem metni değişken perovskit baskı sıcaklığını 25–130 °C olarak bildirmektedir; ancak kaynak Şekil 1'in üzerinde örnek 3–8 için 140 °C etiketi bulunmaktadır. Verianla bu değerlerden birini sessizce değiştirmemekte ve iki bilgiyi ayrı kaynak kayıtları olarak korumaktadır.

Film neden 300–400 nm kalınlığında değerlendirildi?

Profilometre ölçümleri, seçilmiş optimize örneklerde ortalama perovskit film kalınlığının yaklaşık 300–400 nm aralığında olduğunu göstermiştir. Kaynak bu aralığı ışığın yeterli biçimde soğurulması ile fotoyüklerin etkin biçimde çıkarılması arasındaki denge açısından uygun kabul etmektedir.

Nanometre, metrenin milyarda biridir. 300 nm = 3×10⁻⁷ m, 400 nm = 4×10⁻⁷ m'dir. Dolayısıyla burada söz konusu olan tabaka, insan saçından çok daha ince bir yarıiletken filmdir.

Optik mikroskopi ne gösterdi?

Optik mikroskopi görüntülerinde perovskit tabakalarının yoğun ve sürekli bir mikroyapı oluşturduğu; belirgin tane sınırları ve radyal yönde gelişmiş kristalin bölgeler bulunduğu raporlanmıştır. Örnekler arasında tane büyüklüğü, tane sınırlarının keskinliği ve bölgesel homojenlik farklılık göstermektedir. Araştırmacılar bu farklılıkları baskı parametrelerinin çekirdeklenme ve kristal büyüme dinamiklerini değiştirmesiyle ilişkilendirmektedir.

Burada “tane”, film içindeki ayrı kristal veya kristal bölgesini ifade eder. Tanelerin birbirine iyi bağlanması elektrik yüklerinin film boyunca taşınması açısından önemlidir; ancak yalnız mikroskop görüntüsü, taşıyıcı ömrü veya kusur yoğunluğunu tek başına nicel olarak ölçmez.

1,55 eV Bant Aralığı ve 750–800 nm Absorbsiyon Başlangıcı Ne Anlama Gelir?

Çalışmadaki perovskit filmler 750–800 nm bölgesinde belirgin bir optik absorbsiyon başlangıcı göstermiş ve kaynak bu filmler için yaklaşık 1,55 eV optik bant aralığı bildirmiştir; bant aralığı, yarıiletkende elektronların değerlik bandından iletim bandına uyarılması için gereken karakteristik enerji ölçeğini ifade eder.

eV (elektronvolt), mikroskobik ölçekte enerji ifade etmek için kullanılan birimdir. Bir fotonun dalga boyu ile enerjisi arasındaki temel ilişki öğretici olarak:

\[ E=\frac{hc}{\lambda} \]

şeklindedir. Görünür ve yakın kızılötesi bölge için bu ilişki yaklaşık:

\[ E(\mathrm{eV})\approx\frac{1240}{\lambda(\mathrm{nm})} \]

biçiminde yazılabilir. Örneğin 800 nm yaklaşık 1,55 eV foton enerjisine karşılık gelir. Bu hesap, kaynak makalede ayrı bir bant aralığı belirleme denklemi olarak verilmemiştir; yalnız 750–800 nm absorbsiyon kenarı ile raporlanan 1,55 eV enerji ölçeği arasındaki fiziksel bağlantıyı açıklayan genel foton ilişkisidir. Çalışma görünür metinde ayrı bir Tauc grafiği veya ayrıntılı bant aralığı fit prosedürü raporlamamaktadır.

UV–Vis sonuçları örnekler arasında nasıl değişti?

Kaynak Şekil 4'te örnek 4, 5, 7 ve 8'in 300–800 nm aralığındaki absorbsiyon spektrumları karşılaştırılmıştır. Örnek 4 incelenen spektral aralık boyunca en düşük, örnek 8 en yüksek absorbsiyonu göstermiş; örnek 5 ve 7 ara seviyelerde kalmıştır.

Kaynak, örnek 8'deki yüksek absorbsiyonu optimize film kalınlığı ve daha iyi mikroyapısal homojenlikle ilişkilendirmektedir. Bu ifade yazarların mekanistik yorumudur; çalışma yalnız absorbsiyon eğrisinden tek başına nedenselliği kesin olarak kanıtlamamaktadır.

MACl Bu Çalışmada Ne İşe Yaradı?

%5 mol metilamonyum klorür (MACl), perovskit öncülüne kristalleşme düzenleyici katkı olarak eklenmiş; kaynak sonuçlarına göre uygun baskı hızlarında taneler arası bağlantıyı ve film sürekliliğini iyileştirirken XRD ölçümlerinde algılanabilir yeni bir ikincil faz oluşturmamıştır.

Neden %5 mol MACl?

Çalışma %5 mol MACl düzeyini kendi içinde geniş bir konsantrasyon taraması yaparak belirlememiştir. Yazarlar bu oranı, önceki çalışmaların düşük MACl konsantrasyonlarının kristalleşmeyi düzenleyebildiğini, morfolojiyi iyileştirebildiğini ve faz saflığını koruyabildiğini bildirmesine dayanarak seçmiştir.

Bu nedenle çalışma “MACl için evrensel optimum konsantrasyon %5'tir” sonucunu desteklemez. Bu araştırmada test edilen ve cihaz üretiminde kullanılan katkı seviyesi %5 mol'dür.

SEM görüntüleri kaplama hızı arttıkça ne gösterdi?

MACl içeren filmlerin üstten SEM görüntüleri 3, 4, 5, 6 ve 7 cm/dk kaplama hızlarında karşılaştırılmıştır. Daha düşük hızlarda kompakt yapı, iyi bağlanmış taneler ve daha az taneler arası boşluk gözlenmiştir. Kaplama hızı yükseldikçe çatlakların ve genişlemiş tane sınırlarının arttığı raporlanmıştır.

Araştırmacılar bunu daha hızlı solvent uzaklaşması ve kristallerin yeniden düzenlenmesi ile tanelerin birleşmesi için kullanılabilir sürenin azalmasıyla açıklamaktadır. Bu mekanizma kaynak tartışmasının yorumudur.

Kesit SEM görüntülerinde ise kaplama hızı arttıkça film kalınlığının monoton biçimde azaldığı bildirilmiştir. Kaynak bunu yüksek hızda birim alan üzerine daha az malzeme bırakılmasıyla ilişkilendirmektedir.

Kaynak içi parametre kapsamı notu: genel yöntem paragrafı CS için 5–12 cm/dk aralığı verirken MACl serisinin SEM ve XRD görsellerinde 3 ve 4 cm/dk koşulları da bulunmaktadır. Kaynak bu genişletilmiş hız aralığının yöntem paragrafındaki sınırla ilişkisini ayrıca açıklamamaktadır.

XRD neyi ölçer?

X-ışını kırınımı (XRD), kristaldeki düzenli atom düzlemlerinin X ışınlarını belirli açılarda kırması/saçması üzerinden kristal yapı ve faz bilgisi sağlayan bir karakterizasyon yöntemidir. Bir XRD desenindeki tepe konumları kristal kafesle, tepe yoğunlukları ise faz miktarı, film kalınlığı ve tercihli yönelim gibi birden fazla faktörle ilişkilendirilebilir.

Kaynak, MACl içeren perovskitlerde (100), (110), (111), (200), (210), (211), (220) ve (300) düzlemleriyle indekslenen kırınım piklerini raporlamakta ve yapıyı tetragonal perovskit kafesiyle ilişkilendirmektedir.

Kaplama hızı değiştiğinde belirgin yeni pik veya tepe konumu kayması görülmemiştir. Araştırmacılar bunu incelenen hız değişimlerinin kafes parametrelerini veya faz bileşimini belirgin biçimde değiştirmediği şeklinde yorumlamıştır. Küçük pik şiddeti farklılıkları ise film kalınlığı ve tercihli kristal yönelimiyle ilişkilendirilmiştir.

Kaynak Şekil 7'de MACl içermeyen referans örnek CS=6 cm/dk olarak etiketlenmiş ve MACl içeren 3–7 cm/dk örneklerle karşılaştırılmıştır. XRD desenleri, MACl ilavesinin perovskit yapısını koruyarak kristalleşme katkısı gibi davranabildiği yönündeki yorumu desteklemektedir.

“Faz saflığı korundu” ifadesi ne kadar güçlüdür?

Kaynak, incelenen XRD ölçüm koşullarında algılanabilir ikincil faz pikleri bulunmadığını raporlamaktadır. Bu sonuç “malzemede atomik ölçekte hiçbir kusur veya hiçbir yabancı yapı yoktur” anlamına gelmez. XRD'nin algılama sınırı, kristal fazların miktarı ve kristallenme derecesi gibi etkenler vardır. Dolayısıyla kaynak sonucunun doğru ifadesi, incelenen desenlerde algılanabilir ikincil kristalin faz gözlenmemiş olmasıdır.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

1. Kullanılan temel malzemeler

Esnek altlık olarak indiyum-kalay oksit kaplı polietilen tereftalat (PET/ITO) kullanılmıştır. PET/ITO altlığın kalınlığı 125 µm ve tabaka direnci 45 Ω/kare olarak verilmiştir.

Elektron taşıma katmanı için suda %15 ağırlık oranında SnO₂ nanoparçacık kolloidal dispersiyonu kullanılmıştır. Perovskit öncülünde PbI₂, PbBr₂, FAI, MABr, MAI ve CsI yer almıştır. Kristalleşme katkısı MACl'dir. Delik taşıma katmanı Spiro-OMeTAD tabanlıdır; katkı maddeleri olarak 4-tert-bütilpiridin ve Li-TFSI kullanılmıştır. Üst temas MoO₃ ve Al'dan oluşturulmuştur.

Malzeme listesinde N-metil-2-pirolidon (NMP) da bulunmaktadır. Bununla birlikte çalışmanın ayrıntılı perovskit mürekkebi hazırlama bölümünde temel çözeltinin susuz DMSO ile hazırlandığı belirtilmekte, sonuç bölümlerinde ayrı bir NMP tabanlı deney serisi raporlanmamaktadır. Bu nedenle NMP'nin sonuçlar üzerindeki bağımsız etkisi bu makaleden çıkarılamaz.

2. Perovskit mürekkebinin hazırlanması

PbI₂, PbBr₂, FAI, MABr, MAI ve CsI stokiyometrik miktarlarda susuz DMSO içinde çözülerek 1,4 M derişimde Cs_0.175FA_0.75MA_0.075Pb(I_0.88Br_0.12)₃ hedef bileşimli mürekkep hazırlanmıştır.

MACl serisinde temel çözeltiye %5 mol MACl eklenmiştir. Kullanımdan önce çözeltiler 0,45 µm hidrofobik filtreden geçirilmiştir.

3. PET/ITO altlığın hazırlanması

Esnek PET/ITO altlıklar sırasıyla deterjan içeren deiyonize su, deiyonize su, aseton ve izopropanol içinde ultrasonik olarak temizlenmiştir. Her bir temizleme aşaması 10 dakika sürmüştür.

Temizlikten sonra altlıklar azot akımıyla kurutulmuş ve yüzeyin ıslanabilirliğini artırmak amacıyla 15 dakika UV-ozon işlemine tabi tutulmuştur.

4. SnO₂ elektron taşıma katmanı

Ticari SnO₂ nanoparçacık dispersiyonu deiyonize suyla hacimce 1:3 oranında seyreltilmiştir. SnO₂ katmanı:

• PR = 150 µL/dk,
• CS = 80 cm/dk,
• T_c = 50 °C

koşullarında basılmıştır. Ardından 130 °C'de 30 dakika tavlanmış ve ikinci kez 30 dakika UV-ozon işlemi uygulanmıştır.

5. Perovskit katmanının basılması

Perovskit film, yeni hazırlanmış SnO₂ elektron taşıma katmanının üzerine VectorSC veya NanoRoll slot-die sistemleri kullanılarak basılmıştır. Yöntem metninde perovskit baskısı için verilen değişken aralıkları:

• PR = 10–60 µL/dk,
• CS = 5–12 cm/dk,
• T_c = 25–130 °C

şeklindedir. Baskıdan hemen sonra numuneler 100 °C'de 10 dakika tavlanmıştır. Kaynak Şekil 1'de bazı başlangıç optimizasyon numuneleri için 140 °C yazıldığı için yöntem paragrafı ile şekil etiketleri arasında sıcaklık sınırı farkı bulunmaktadır.

6. Spiro-OMeTAD delik taşıma katmanı

HTL öncülü, 1 mL klorobenzen içinde 45 mg Spiro-OMeTAD, 28,8 µL 4-tBP ve asetonitril içinde 520 mg/mL derişimde hazırlanmış Li-TFSI çözeltisinden 17,5 µL kullanılarak hazırlanmıştır. Karışım bir saat karıştırılmıştır.

Spiro-OMeTAD katmanı PR=150 µL/dk, CS=80 cm/dk ve T_c=25 °C koşullarında slot-die yöntemiyle basılmıştır.

7. Ortam koşulları

Kaynak, SnO₂, perovskit ve Spiro-OMeTAD olmak üzere üç işlevsel katmanın ortam koşullarında basıldığını belirtmektedir. Baskı sırasında ortam sıcaklığı 18–21 °C, bağıl nem %27–33 arasında tutulmuştur. Kaplama penceresi CW bütün kaplama deneylerinde 0,1–0,2 mm arasında değiştirilmiştir.

8. MoO₃/Al üst temas

Üst temas baskıyla değil termal buharlaştırmayla oluşturulmuştur. Angstrom Engineering sisteminde taban basıncı 2×10⁻⁶ Torr olarak verilmiştir.

MoO₃ için biriktirme hızı 0,5 Å/s ve hedef kalınlık 35 nm; Al için biriktirme hızı 0,1 Å/s ve hedef kalınlık 100 nm'dir.

Bu ayrıntı önemlidir: kaynak özetinde “fully printed flexible devices” ifadesi yer alsa da yöntem bölümüne göre MoO₃/Al üst elektrodu termal buharlaştırmayla hazırlanmıştır. Bu nedenle cihazın bütün katmanlarının baskıyla oluşturulduğu sonucu çıkarılmamalıdır.

9. Karakterizasyon cihazları

AM 1.5G ve 100 mW/cm² ne anlama gelir?

AM 1.5G, güneş hücrelerini laboratuvarda karşılaştırılabilir koşullarda ölçmek için kullanılan standartlaştırılmış karasal güneş spektrumu koşuludur. Çalışmada güneş simülatörü, 100 mW/cm² ışınım şiddeti altında kullanılmıştır. Dolayısıyla raporlanan J–V ve PCE değerleri bu kontrollü laboratuvar aydınlatma koşuluna aittir.

J_SC, V_OC, FF ve PCE Nasıl Yorumlanmalıdır?

J_SC kısa devre koşulundaki akım yoğunluğunu, V_OC açık devre gerilimini, FF akım–gerilim eğrisinin kullanılabilir maksimum güç üretimine ne kadar yaklaştığını ve PCE gelen ışık gücünün hangi oranının elektrik gücüne dönüştürüldüğünü ifade eder; bu çalışmada MACl'nin en belirgin etkisi J_SC ve PCE artışında görülmüştür.

Kısa devre akım yoğunluğu J_SC

J_SC, hücre uçları arasında gerilim sıfıra yakınken elde edilen fotoakımın aktif alan başına değeridir ve mA/cm² ile verilmiştir. Daha yüksek J_SC, ölçüm koşulları aynıysa hücrenin daha fazla fotoyük üretip toplayabildiğine işaret eder.

Açık devre gerilimi V_OC

V_OC, hücreden net akım çekilmediği durumda uçlar arasında oluşan en yüksek fotogerilimdir. Kaynakta MACl ilavesinden sonra V_OC dağılımının nispeten az değiştiği, asıl farkın J_SC tarafında görüldüğü belirtilmektedir.

Doluluk faktörü FF

Doluluk faktörü (fill factor, FF), gerçek J–V eğrisinin maksimum güç noktasını ideal dikdörtgene göre karşılaştıran boyutsuz performans ölçütüdür. Kaynak FF denklemini açıkça yazmamaktadır; ancak metriğin anlamını öğretmek için kullanılan standart fotovoltaik ilişki:

\[ FF=\frac{V_{MPP}J_{MPP}}{V_{OC}J_{SC}} \]

şeklindedir. V_MPP ve J_MPP, maksimum güç noktasındaki gerilim ve akım yoğunluğudur. FF yükseldikçe hücrenin J–V eğrisinden kullanılabilir maksimum güç elde etme kapasitesi artar.

Güç dönüşüm verimi PCE

Kaynak PCE denklemine ayrı bir denklem numarası vermemektedir. Fotovoltaik ölçümlerde standart ilişki:

\[ PCE(\%)= \frac{V_{OC}\,J_{SC}\,FF}{P_{in}}\times100 \]

şeklindedir. FF formülde yüzde değil kesir olarak kullanılır. P_in, hücreye gelen optik güç yoğunluğudur ve bu çalışmada 100 mW/cm²'dir.

Kaynağın referans cihaz için verdiği V_OC=1,074 V, J_SC=12,91 mA/cm² ve FF=%58,0 değerleri bu standart ilişkiye konulduğunda yaklaşık %8,04 PCE verir. MACl cihazındaki V_OC=1,091 V, J_SC=15,01 mA/cm² ve FF=%59,4 değerleri de yaklaşık %9,72 PCE ile tutarlıdır. Bu matematiksel kontrol yeni deney sonucu değildir; kaynakta verilen performans değerlerinin birbirleriyle tutarlılığını öğretici olarak göstermektedir.

En iyi ters tarama performansının karşılaştırılması

Bu değerler istatistiksel dağılımların ortalamaları değildir; metinde en iyi performans gösteren cihazların ters tarama sonuçları olarak raporlanmıştır.

İstatistiksel cihaz grubu

Kaynak, referans ve MACl içeren koşulların istatistiksel analizinin her koşul için 70 cihaz temelinde yapıldığını belirtmektedir. Şekil 8'de V_OC, J_SC, FF ve PCE dağılımları kutu grafikleri ve bireysel cihaz noktalarıyla gösterilmiştir.

Kaynak herhangi bir p değeri, güven aralığı veya ayrı bir anlamlılık testi raporlamamaktadır. Bu nedenle “MACl farkı istatistiksel olarak p<0,05 düzeyinde anlamlıdır” gibi bir ifade bu çalışma için eklenemez. Kaynak dağılımların ve performans eğilimlerinin görsel/istatistiksel karşılaştırmasını sunmaktadır.

J–V histerezisi nedir?

Kaynak, aynı cihazlar ters tarama (reverse scan, RS) ve ileri tarama (forward scan, FS) yönlerinde ölçüldüğünde J–V eğrilerinin aynı olmadığını göstermektedir. Her iki cihaz grubunda da ters taramada akım yoğunluğunun ileri taramaya göre daha yüksek bulunması tarama yönüne bağlı J–V histerezisi olarak yorumlanmıştır.

Bu nedenle perovskit hücre performansını yalnız tek bir tarama yönündeki “en yüksek PCE” ile değerlendirmek yeterli değildir. Çalışma her iki tarama yönünü de göstermiş ve MACl içeren cihazların iki yönde de daha iyi J–V karakteristiği sergilediğini bildirmiştir.

MACl performansı neden artırmış olabilir?

Yazarlar performans artışını daha iyi film morfolojisi, azalan morfolojik kusurlar, gelişmiş tane bağlantısı ve daha etkin yük taşınımı/toplanmasıyla ilişkilendirmektedir. Özellikle J_SC ve FF'deki artışın PCE yükselmesine doğrudan katkı verdiği vurgulanmaktadır.

Ancak çalışma bağımsız bir nicel tuzak yoğunluğu, kusur yoğunluğu veya taşıyıcı ömrü ölçümü raporlamamaktadır. Bu nedenle “MACl kusur yoğunluğunu şu miktarda azalttı” gibi nicel bir iddia desteklenmez. Kusur azalması, kaynak tartışmasının mikroyapı ve cihaz davranışından hareketle yaptığı mekanistik yorumdur.

V_OC neden temel değişim olmadı?

Kaynakta V_OC dağılımının MACl ilavesinden sonra nispeten değişmeden kaldığı belirtilmektedir. Araştırmacılar bunu katkının cihaz katmanları arasındaki enerji hizalamasını önemli ölçüde değiştirmediğine işaret eden bir bulgu olarak yorumlamıştır.

Buna karşılık J_SC hem ileri hem ters taramada daha belirgin artmıştır. Bu nedenle çalışmanın performans kazancı temel olarak gerilim yükselmesinden değil, daha yüksek akım toplama ve bir miktar daha iyi FF'den kaynaklanmaktadır.

Çalışmanın kurduğu proses–yapı–özellik–performans zinciri

Makalenin ana bilimsel mantığı dört aşamalıdır:

1. Baskı debisi, kaplama hızı ve altlık sıcaklığı solvent uzaklaşmasını ve kristalleşme kinetiğini etkiler.
2. Kristalleşme koşulları film kalınlığı, tane bağlantısı ve yüzey homojenliğini belirler.
3. Film yapısı optik absorbsiyon, yük taşınımı ve rekombinasyon davranışını etkiler.
4. Bu etkiler J_SC, FF ve sonuçta PCE gibi fotovoltaik performans ölçütlerine yansır.

MACl bu zincirin özellikle kristalleşme ve morfoloji aşamasında kullanılan bir katkı maddesidir. Kaynağın ana yorumu, üretim prosesinin kontrol edilmesinin son cihaz performansını doğrudan etkileyebildiğidir.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

Çalışma, DMSO tabanlı karma katyonlu/karma halojenürlü perovskit mürekkebinin slot-die yöntemiyle düzgün filmler oluşturabildiğini; seçilmiş koşullarda yaklaşık 300–400 nm kalınlığında yoğun filmler elde edildiğini ve %5 mol MACl'nin film morfolojisi ile cihaz performansını iyileştirdiğini desteklemektedir.

XRD sonuçları MACl'nin incelenen kaplama hızlarında temel tetragonal perovskit kristal yapısını değiştirmeden kullanılabildiğini; fotovoltaik sonuçlar ise MACl içeren cihazlarda özellikle J_SC, FF ve PCE'nin iyileştiğini göstermektedir.

Çalışmanın desteklemediği sonuçlar

Çalışma, geliştirilen cihazların yıllarca kararlı kalacağını göstermemektedir. Uzun dönem ışık, sıcaklık, nem ve çalışma kararlılığı deneyleri bu makalenin ana veri setinde bulunmamaktadır.

Çalışma, yöntemin endüstriyel rulo-rulo üretim hattında aynı performansla çalıştığını kanıtlamamaktadır. Yazarlar ölçek büyütme çalışmalarının ayrıca gerekli olduğunu açıkça belirtmektedir.

Çalışma bütün perovskit bileşimlerinde %5 mol MACl'nin optimum olduğunu göstermemektedir.

Çalışma, tüm hücre katmanlarının baskıyla üretildiğini yöntemsel olarak göstermemektedir; MoO₃/Al üst elektrodu termal buharlaştırmayla hazırlanmıştır.

Çalışma MACl'nin kusur yoğunluğunu doğrudan nicel bir kusur spektroskopisiyle ölçmemiştir; kusur azalması kaynak tartışmasının performans ve morfolojiye dayalı yorumudur.

Çalışma, perovskit cihazların ticari ürün güvenilirliğini veya mekanik esneme ömrünü bu deney serisinde doğrulamamaktadır.

Çalışmanın kendi belirttiği gelecek araştırma gereksinimleri

Yazarlar biriktirme prosesinin daha fazla iyileştirilmesini, uzun dönem film kararlılığının incelenmesini, farklı çevresel ve işletim koşullarındaki performansın değerlendirilmesini, üretim ölçeğinin büyütülmesini ve filmlerin tam cihaz yapılarıyla entegrasyonunun daha ileri çalışmalarla incelenmesini gerekli görmektedir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Özgün çalışma: Optimization of Deposition and Properties of Printed Complex-Composition Perovskite Films for Flexible Solar Cells

Yazarlar: Yerassyl Yerlanuly; Askhat Jumabekov.

Sorumlu yazar: Yerassyl Yerlanuly.

Sorumlu yazar e-posta adresi: yerassyl.yerlanuly@nu.edu.kz

Kurum 1: National Laboratory Astana, Kabanbay Batyr Ave. 53, Astana, Kazakhstan.

Kurum 2: Department of Physics, School of Sciences and Humanities, Nazarbayev University, Kabanbay Batyr Ave. 53, Astana, Kazakhstan.

Dergi: Eurasian Chemico-Technological Journal.

Cilt / sayı: 28 / 2.

Sayfalar: 171–179.

Yıl: 2026.

DOI: 10.18321/ectj1692.

Makale işlem tarihleri: Alındı: 13 Şubat 2026; revize sürüm alındı: 26 Nisan 2026; kabul: 10 Haziran 2026. PDF'de ayrı bir çevrimiçi yayın günü belirtilmemektedir.

Yayıncı bilgisi: PDF, makalenin al-Farabi Kazakh National University tarafından yayımlandığını belirtmektedir; Eurasian Chemico-Technological Journal aynı zamanda Institute of Combustion Problems dergisi olarak tanımlanmaktadır.

Kaynak türü: Deneysel ince-film malzeme üretimi, proses optimizasyonu ve esnek fotovoltaik cihaz karakterizasyonu içeren özgün araştırma makalesi.

Hakemlik durumu: Nazarbayev University araştırma kaydı çalışmayı hakemli dergi makalesi olarak sınıflandırmaktadır.

Lisans: Creative Commons Attribution 4.0 International — CC BY 4.0.

Finansman: Republic of Kazakhstan Ministry of Science and Higher Education Science Committee, Grant No. AP26194151.

Çıkar çatışması: İncelenen dokuz sayfalık PDF içinde ayrı bir çıkar çatışması beyanı bölümü tespit edilmemiştir; bu nedenle çıkar çatışması durumu hakkında kaynak dışı varsayım yapılmamıştır.

Veri erişilebilirliği: İncelenen PDF içinde ayrı bir “Data Availability” beyanı tespit edilmemiştir.

Yazar katkıları: İncelenen PDF içinde ayrı bir CRediT/yazar katkısı bölümü bulunmamaktadır; eşit katkı veya eş birinci yazarlık beyanı da görünür değildir.

Temel deney ortamı: Baskı işlemleri 18–21 °C ortam sıcaklığı ve %27–33 bağıl nem altında gerçekleştirilmiştir.

Temel perovskit bileşimi: Cs_0.175FA_0.75MA_0.075Pb(I_0.88Br_0.12)₃.

Temel katkı: %5 mol MACl.

Temel film kalınlığı: Optimize filmlerde yaklaşık 300–400 nm.

Optik bant aralığı: Kaynakta yaklaşık 1,55 eV.

En iyi ters tarama PCE: Referans %8,04; MACl içeren cihaz %9,72.

İstatistiksel kapsam: Kaynak, her cihaz koşulu için 70 cihaz temelinde istatistiksel değerlendirme yapıldığını belirtmektedir; ancak p değeri veya ayrı bir hipotez testi raporlamamaktadır.

Kaynak içi parametre notu: Yöntem metninde perovskit baskı sıcaklığı 25–130 °C olarak belirtilirken kaynak Şekil 1'de örnek 3–8 için 140 °C gösterilmektedir. Benzer biçimde yöntem metni CS=5–12 cm/dk aralığı verirken MACl SEM/XRD serisinde 3 ve 4 cm/dk koşulları da yer almaktadır. Bu farklar düzeltilmeden ve gizlenmeden aktarılmıştır.

Terminoloji notu: Kaynağın özetinde “fully printed flexible devices” ifadesi bulunmasına rağmen yöntem bölümüne göre MoO₃/Al üst temas termal buharlaştırmayla hazırlanmıştır. Bu nedenle Verianla anlatımı üç işlevsel katmanın slot-die ile basıldığını, metal üst temasın ise buharlaştırıldığını açıkça ayırmaktadır.

Solvent notu: Malzeme listesinde NMP bulunmasına rağmen ayrıntılı perovskit mürekkebi ve sonuç serileri DMSO tabanlıdır; incelenen makalede NMP'ye özgü ayrı bir performans serisi sunulmadığından NMP etkisi hakkında sonuç çıkarılmamıştır.