Slot-die каптоо — суюк сыяны кууш тешик аркылуу көзөмөлдөнгөн агым ылдамдыгы менен кыймылдаган таянычтын үстүнө үзгүлтүксүз пленка түрүндө өткөрүп берүүгө мүмкүндүк берген масштабдалуучу жука пленка өндүрүү ыкмасы. Бул изилдөө Cs_0.175FA_0.75MA_0.075Pb(I_0.88Br_0.12)₃ курамындагы аралаш катиондуу жана аралаш галогениддүү перовскит пленкаларынын slot-die басмасын сыянын агым ылдамдыгы, каптоо ылдамдыгы, таянычтын температурасы жана каптоо аралыгы боюнча оптималдаштырып, андан кийин %5 mol метиламмоний хлоридинин (MACl) кристаллданууга жана ийилчээк күн элементинин көрсөткүчтөрүнө тийгизген таасирин изилдеген. Оптималдаштырылган пленкалар болжол менен 300–400 nm калыңдыкты, тыгыз жана үзгүлтүксүз микротүзүлүштү, 750–800 nm чамасында сиңирүүнүн башталышын жана болжол менен 1,55 eV оптикалык тыюу салынган зонанын кеңдигин көрсөткөн. MACl камтыган ийилчээк элементтерде эң жакшы тескери скан боюнча кубатты өзгөртүү натыйжалуулугу %9,72 ге жеткен, ал эми референстик түзмөктө бул көрсөткүч %8,04 болгон. Ошол эле учурда изилдөө узак мөөнөттүү туруктуулукту, чоң аянтка масштабдоону жана реалдуу колдонуу шарттарындагы чыдамдуулукту тастыктабайт.

Перовскит прекурсорунун эритмеси 1,4 M концентрацияда даярдалып, негизги эриткич катары суусуз диметилсульфоксид (DMSO) колдонулган. Пленкаларды түзүүдө аба бычагы менен тездетилген кургатуу баскычы колдонулган эмес; кургатуу жана кристаллдануу slot-die түзмөгүнүн ысытылган столу аркылуу жүргүзүлгөн. Булак алгачкы басма оптималдаштырууда 4, 5, 7 жана 8-үлгүлөрдү эң жогорку визуалдык бир тектүүлүккө жана беттик каптоого ээ үлгүлөр катары тандаган; UV–Vis өлчөөлөрүндө 8-үлгү эң жогорку сиңирүүнү көрсөткөн.

%5 mol MACl кошулушу, изилдөөчүлөрдүн түшүндүрмөсү боюнча, кристаллданууну жөнгө салып, данчалар аралык байланышты бекемдеп жана пленканын кайра өндүрүлүүчүлүгүн жакшырткан. Рентген нурларынын дифракциясынын жыйынтыктары MACl кошулушу изилденген шарттарда жаңы аныктала турган экинчи фаза түзбөгөнүн жана негизги перовскит кристалл түзүмү сакталганын көрсөткөн. Фотоэлектрдик түзмөктөрдө эң байкаларлык өзгөрүү кыска туташуу тогунун тыгыздыгында болгон; эң жакшы тескери скан J_SC мааниси 12,91 mA/cm² ден 15,01 mA/cm² ге жогорулаган. Ачык чынжыр чыңалуусу болсо кыйла чектелүү өзгөргөн.

Бул изилдөөдө перовскит пленка деген эмне?

Изилдөөнүн активдүү жарык сиңирүүчү катмары Cs_0.175FA_0.75MA_0.075Pb(I_0.88Br_0.12)₃ курамындагы аралаш катиондуу жана аралаш галогениддүү коргошун галогенид перовскити. Бул жерде Cs цезийди, FA формамидинийди, MA метиламмонийди, Pb коргошунду, I йодидди жана Br бромидди билдирет.

“Аралаш катиондуу” деп аталышынын себеби — бир гана A-түрүндөгү компоненттин ордуна Cs, FA жана MA бирге колдонулат. “Аралаш галогениддүү” деген түшүнүк болсо анион тарабында йодид гана эмес, йодид жана бромид чогуу бар экенин билдирет. Булак бул композицияны мурда билдирилген формулага таянып, изилдөөнүн негизги салымын ушул материалдын slot-die басма процессин жана MACl көмөктөшкөн кристаллдануусун оптималдаштырууга багыттайт.

Slot-Die Каптоо Деген Эмне жана Бул Изилдөөдө Кайсы Өзгөрмөлөр Көзөмөлдөнгөн?

Slot-die каптоо — перовскит сыясы көзөмөлдөнгөн насостук агым ылдамдыгы менен каптоо башына жөнөтүлүп, кууш тешик аркылуу кыймылдаган, температурасы көзөмөлдөнгөн таянычка берилген үзгүлтүксүз пленка өндүрүү ыкмасы; бул изилдөөдө негизги көзөмөл өзгөрмөлөрү насостун агым ылдамдыгы PR, каптоо/столдун жылуу ылдамдыгы CS, столдун температурасы T_c жана каптоо терезеси CW болуп саналат.

PR: насостун агым ылдамдыгы

PR (pump rate) — каптоо башына бир мүнөттө жөнөтүлгөн суюктуктун көлөмү жана µL/мүн бирдиги менен берилген. Агым ылдамдыгы убакыт бирдигинде системага канча перовскит прекурсор эритмеси бериле турганын аныктайт. Бирок акыркы пленканын калыңдыгы PRга гана көз каранды эмес; кыймыл ылдамдыгы, таянычтын температурасы, эриткичтин бууланышы жана каптоо геометриясы да пленка түзүлүшүнө бирге таасир этет.

CS: каптоо ылдамдыгы

CS (chuck speed/coating speed) — таянычтын slot-die башынын астынан өтүү ылдамдыгын билдирет жана cm/мүн менен берилген. MACl эксперименттеринде булак каптоо ылдамдыгы жогорулаган сайын пленканын калыңдыгы монотондуу азайганын билдирет. Изилдөөчүлөр бул жыйынтыкты жогорку ылдамдыкта бирдик аянтка берилген материалдын азайышы менен байланыштырышкан.

T_c: таянычтын/столдун температурасы

T_c — каптоо учурунда таяныч жайгашкан ысытылган столдун температурасы. Изилдөөнүн маанилүү өзгөчөлүктөрүнүн бири — пленка түзүлүшүндө аба бычагы менен кургатуу колдонулбаганы жана кристаллдануунун ысытылган стол тарабынан колдоого алынганы. Ошентип, эриткичтин алысташы жана кристаллдануу динамикасы түздөн-түз басма учурунда колдонулган жылуулук шарттарына таасирленет.

CW: каптоо терезеси

CW (coating window) булакта shim менен таянычтын бетинин ортосундагы аралык катары аныкталган. Изилдөөдөгү каптоо эксперименттеринде бул аралык 0,1–0,2 mm чегинде өзгөртүлгөн. Бул геометриялык параметр slot-die башы менен таянычтын ортосундагы суюктук менискинин жана каптоо аймагынын физикалык шарттарын аныктоочу факторлордун бири.

Булактагы 1-сүрөттө берилген сегиз алгачкы басма шарты

Булак ичиндеги параметр айырмасы: ыкма тексти өзгөрмө перовскит басма температурасын 25–130 °C деп билдирет; бирок булактагы 1-сүрөттө 3–8-үлгүлөр үчүн 140 °C белгиси бар. Verianla бул маанилердин бирин унчукпай өзгөртпөйт жана эки маалыматты өзүнчө булак жазуулары катары сактайт.

Пленка эмне үчүн 300–400 nm калыңдыкта бааланган?

Профилометр өлчөөлөрү тандалган оптималдаштырылган үлгүлөрдө орточо перовскит пленкасынын калыңдыгы болжол менен 300–400 nm аралыгында экенин көрсөткөн. Булак бул аралыкты жарыктын жетиштүү сиңирилиши менен фотожүктөрдүн натыйжалуу чыгарылышынын ортосундагы тең салмак жагынан ылайыктуу деп эсептейт.

Нанометр — метрдин миллиарддан бир бөлүгү. 300 nm = 3×10⁻⁷ m, 400 nm = 4×10⁻⁷ m. Демек, бул жерде адамдын чачынан алда канча жука жарым өткөргүч пленка тууралуу сөз болуп жатат.

Оптикалык микроскопия эмнени көрсөттү?

Оптикалык микроскопия сүрөттөрүндө перовскит катмарлары тыгыз жана үзгүлтүксүз микротүзүлүш түзгөнү; айкын данча чек аралары жана радиалдык багытта өнүккөн кристаллдык аймактар бар экени билдирилген. Үлгүлөрдүн ортосунда данчанын өлчөмү, данча чек араларынын тактыгы жана аймактык бир тектүүлүк айырмаланат. Изилдөөчүлөр бул айырмачылыктарды басма параметрлеринин ядролонуу жана кристалл өсүү динамикасын өзгөртүшү менен байланыштырышат.

Бул жерде “данча” пленканын ичиндеги өзүнчө кристалл же кристаллдык аймак дегенди билдирет. Данчалардын бири-бири менен жакшы байланышта болушу электр заряддарынын пленка боюнча ташылышы үчүн маанилүү; бирок микроскоп сүрөтү өзү эле ташуучунун өмүрүн же кемтиктердин тыгыздыгын сандык түрдө өлчөбөйт.

1,55 eV Тыюу Салынган Зонанын Кеңдиги жана 750–800 nm Сиңирүүнүн Башталышы Эмне Дегенди Билдирет?

Изилдөөдөгү перовскит пленкалары 750–800 nm аймагында айкын оптикалык сиңирүүнүн башталышын көрсөтүп, булак бул пленкалар үчүн болжол менен 1,55 eV оптикалык тыюу салынган зонанын кеңдигин билдирген; тыюу салынган зонанын кеңдиги жарым өткөргүчтө электрондорду валенттик зонадан өткөрүмдүүлүк зонасына козгоо үчүн талап кылынган мүнөздүү энергия масштабын билдирет.

eV (электронвольт) — микроскопиялык масштабда энергияны билдирүү үчүн колдонулган бирдик. Фотондун толкун узундугу менен энергиясынын ортосундагы негизги байланыш окутуу максатында:

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

түрүндө берилет. Көрүнүүчү жана жакын инфракызыл аймак үчүн бул байланыш болжол менен:

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

түрүндө жазылышы мүмкүн. Мисалы, 800 nm болжол менен 1,55 eV фотон энергиясына туура келет. Бул эсеп булак макалада өзүнчө тыюу салынган зонаны аныктоо теңдемеси катары берилген эмес; ал 750–800 nm сиңирүү четинин жана билдирилген 1,55 eV энергия масштабынын ортосундагы физикалык байланышты түшүндүргөн жалпы фотон катышы гана. Изилдөө көрүнгөн текстте өзүнчө Tauc графигин же тыюу салынган зонаны дал келтирүүнүн кеңири процедурасын билдирбейт.

UV–Vis жыйынтыктары үлгүлөрдүн арасында кантип өзгөргөн?

Булактагы 4-сүрөттө 4, 5, 7 жана 8-үлгүлөрдүн 300–800 nm аралыгындагы сиңирүү спектрлери салыштырылган. 4-үлгү изилденген спектрдик диапазон боюнча эң төмөн, 8-үлгү эң жогорку сиңирүүнү көрсөткөн; 5 жана 7-үлгүлөр аралык деңгээлде калган.

Булак 8-үлгүдөгү жогорку сиңирүүнү оптималдаштырылган пленка калыңдыгы жана жакшыраак микротүзүлүштүк бир тектүүлүк менен байланыштырат. Бул билдирүү авторлордун механизм боюнча түшүндүрмөсү; изилдөө бир гана сиңирүү ийри сызыгынан себептүүлүктү так далилдебейт.

MACl Бул Изилдөөдө Эмне Кызмат Аткарат?

%5 mol метиламмоний хлориди (MACl) перовскит прекурсоруна кристаллданууну жөнгө салуучу кошумча катары кошулган; булак жыйынтыктарына ылайык, ылайыктуу басма ылдамдыктарында данчалар аралык байланышты жана пленканын үзгүлтүксүздүгүн жакшыртып, XRD өлчөөлөрүндө аныктала турган жаңы экинчи фаза түзгөн эмес.

Эмне үчүн %5 mol MACl?

Изилдөө %5 mol MACl деңгээлин өз ичинде кең концентрациялык скан жүргүзүп аныктаган эмес. Авторлор бул катышты мурдагы изилдөөлөрдүн төмөн MACl концентрациялары кристаллданууну жөнгө сала аларын, морфологияны жакшырта аларын жана фазалык тазалыкты сактай аларын билдиргенине таянып тандашкан.

Ошондуктан изилдөө “MACl үчүн универсалдуу оптималдуу концентрация %5” деген жыйынтыкты колдобойт. Бул изилдөөдө текшерилген жана түзмөк өндүрүүдө колдонулган кошумча деңгээли %5 mol.

Каптоо ылдамдыгы жогорулаган сайын SEM сүрөттөрү эмнени көрсөттү?

MACl камтыган пленкалардын үстүнөн алынган SEM сүрөттөрү 3, 4, 5, 6 жана 7 cm/мүн каптоо ылдамдыктарында салыштырылган. Төмөн ылдамдыктарда компакттуу түзүлүш, жакшы байланышкан данчалар жана азыраак данчалар аралык боштук байкалган. Каптоо ылдамдыгы жогорулаган сайын жаракалар жана кеңейген данча чек аралары көбөйгөнү билдирилген.

Изилдөөчүлөр муну эриткичтин тезирээк алысташы жана кристаллдардын кайра иреттелиши менен данчалардын биригиши үчүн жеткиликтүү убакыттын азайышы аркылуу түшүндүрүшөт. Бул механизм булактагы талкуунун түшүндүрмөсү болуп саналат.

Кесилиш SEM сүрөттөрүндө болсо каптоо ылдамдыгы жогорулаган сайын пленканын калыңдыгы монотондуу азайганы билдирилген. Булак муну жогорку ылдамдыкта бирдик аянтка азыраак материал калтырылышы менен байланыштырат.

Булак ичиндеги параметр камтуусу боюнча эскертүү: жалпы ыкма абзацы CS үчүн 5–12 cm/мүн аралыгын берсе, MACl сериясынын SEM жана XRD сүрөттөрүндө 3 жана 4 cm/мүн шарттары да бар. Булак бул кеңейтилген ылдамдык диапазонунун ыкма абзацындагы чек менен байланышын өзүнчө түшүндүрбөйт.

XRD эмнени өлчөйт?

Рентген нурларынын дифракциясы (XRD) — кристаллдагы иреттүү атомдук тегиздиктер рентген нурларын белгилүү бурчтарда дифракциялоосу/чачыратуусу аркылуу кристалл түзүмү жана фаза тууралуу маалымат берген мүнөздөмө ыкмасы. XRD үлгүсүндөгү чоку позициялары кристалл тору менен, ал эми чоку интенсивдүүлүктөрү фазанын өлчөмү, пленканын калыңдыгы жана артыкчылыктуу багытталуу сыяктуу бир нече фактор менен байланыштуу болушу мүмкүн.

Булак MACl камтыган перовскиттерде (100), (110), (111), (200), (210), (211), (220) жана (300) тегиздиктери менен индекстелген дифракциялык чокуларды билдирип, түзүмдү тетрагоналдык перовскит тору менен байланыштырат.

Каптоо ылдамдыгы өзгөргөндө айкын жаңы чоку же чоку позициясынын жылышы байкалган эмес. Изилдөөчүлөр муну каралган ылдамдык өзгөрүүлөрү тор параметрлерин же фаза курамын олуттуу өзгөртпөгөнү катары түшүндүрүшкөн. Чоку интенсивдүүлүгүнүн майда айырмачылыктары болсо пленка калыңдыгы жана артыкчылыктуу кристалл багыты менен байланыштырылган.

Булактагы 7-сүрөттө MACl камтыбаган референстик үлгү CS=6 cm/мүн деп белгиленип, MACl камтыган 3–7 cm/мүн үлгүлөр менен салыштырылган. XRD үлгүлөрү MACl кошулушу перовскит түзүмүн сактап, кристаллдануу кошумчасы катары иштей аларын билдирген түшүндүрмөнү колдойт.

“Фазалык тазалык сакталды” деген билдирүү канчалык күчтүү?

Булак изилденген XRD өлчөө шарттарында аныктала турган экинчи фаза чокулары табылбаганын билдирет. Бул жыйынтык “материалда атомдук масштабда эч кандай кемтик же бөтөн түзүлүш жок” дегенди билдирбейт. XRDнин аныктоо чеги, кристалл фазаларынын өлчөмү жана кристаллдануу даражасы сыяктуу факторлор бар. Ошондуктан булак жыйынтыгынын туура формулировкасы — изилденген үлгүлөрдө аныктала турган экинчи кристаллдык фаза байкалган эмес.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

1. Колдонулган негизги материалдар

Ийилчээк таяныч катары индий-калай оксиди менен капталган полиэтилентерефталат (PET/ITO) колдонулган. PET/ITO таянычынын калыңдыгы 125 µm жана катмардык каршылыгы 45 Ω/квадрат деп берилген.

Электрон ташуучу катмар үчүн сууда %15 массалык үлүштөгү SnO₂ нанобөлүкчөлөрүнүн коллоиддик дисперсиясы колдонулган. Перовскит прекурсорунда PbI₂, PbBr₂, FAI, MABr, MAI жана CsI болгон. Кристаллдануу кошумчасы MACl. Тешик ташуучу катмар Spiro-OMeTAD негиздүү; кошумча заттар катары 4-tert-бутилпиридин жана Li-TFSI колдонулган. Үстүңкү контакт MoO₃ жана Alдан түзүлгөн.

Материалдар тизмесинде N-метил-2-пирролидон (NMP) да бар. Ошол эле учурда изилдөөнүн перовскит сыясын даярдоонун кеңири бөлүмүндө негизги эритме суусуз DMSO менен даярдалганы айтылат, ал эми жыйынтык бөлүмдөрүндө өзүнчө NMP негиздүү эксперименттик серия берилбейт. Ошондуктан NMPнин жыйынтыктарга өз алдынча таасирин бул макаладан чыгарууга болбойт.

2. Перовскит сыясын даярдоо

PbI₂, PbBr₂, FAI, MABr, MAI жана CsI стехиометриялык өлчөмдөрдө суусуз DMSO ичинде эритилип, 1,4 M концентрацияда Cs_0.175FA_0.75MA_0.075Pb(I_0.88Br_0.12)₃ максаттуу курамындагы сыя даярдалган.

MACl сериясында негизги эритмеге %5 mol MACl кошулган. Колдонуудан мурун эритмелер 0,45 µm гидрофобдук фильтрден өткөрүлгөн.

3. PET/ITO таянычын даярдоо

Ийилчээк PET/ITO таянычтары кезеги менен жуучу каражат камтыган деиондоштурулган сууда, деиондоштурулган сууда, ацетондо жана изопропанолдо ультраүн аркылуу тазаланган. Ар бир тазалоо баскычы 10 мүнөт созулган.

Тазалоодон кийин таянычтар азот агымы менен кургатылып, беттин нымдалуусун жакшыртуу максатында 15 мүнөт UV-озон менен иштетилген.

4. SnO₂ электрон ташуучу катмары

Коммерциялык SnO₂ нанобөлүкчө дисперсиясы деиондоштурулган суу менен көлөмү боюнча 1:3 катышында суюлтулган. SnO₂ катмары:

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

шарттарында басылган. Андан кийин 130 °Cде 30 мүнөт күйдүрүлүп, экинчи жолу 30 мүнөт UV-озон иштетүүсү колдонулган.

5. Перовскит катмарын басуу

Перовскит пленка жаңы даярдалган SnO₂ электрон ташуучу катмарынын үстүнө VectorSC же NanoRoll slot-die системаларын колдонуу менен басылган. Ыкма текстинде перовскит басмасы үчүн берилген өзгөрмө диапазондор:

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

түрүндө. Басмадан кийин дароо үлгүлөр 100 °Cде 10 мүнөт күйдүрүлгөн. Булактагы 1-сүрөттө айрым алгачкы оптималдаштыруу үлгүлөрү үчүн 140 °C деп жазылгандыктан, ыкма абзацы менен сүрөт энбелгилеринин ортосунда температура чегинин айырмасы бар.

6. Spiro-OMeTAD тешик ташуучу катмары

HTL прекурсору 1 mL хлорбензолдо 45 mg Spiro-OMeTAD, 28,8 µL 4-tBP жана ацетонитрилде 520 mg/mL концентрацияда даярдалган Li-TFSI эритмесинен 17,5 µL колдонуу менен даярдалган. Аралашма бир саат аралаштырылган.

Spiro-OMeTAD катмары PR=150 µL/мүн, CS=80 cm/мүн жана T_c=25 °C шарттарында slot-die ыкмасы менен басылган.

7. Айлана-чөйрө шарттары

Булак SnO₂, перовскит жана Spiro-OMeTADдан турган үч функционалдык катмар айлана-чөйрө шарттарында басылганын билдирет. Басма учурунда айлана-чөйрөнүн температурасы 18–21 °C, салыштырмалуу нымдуулук %27–33 чегинде кармалган. Каптоо терезеси CW бардык каптоо эксперименттеринде 0,1–0,2 mm арасында өзгөртүлгөн.

8. MoO₃/Al үстүңкү контакты

Үстүңкү контакт басма менен эмес, термикалык буулантуу аркылуу түзүлгөн. Angstrom Engineering системасында базалык басым 2×10⁻⁶ Torr деп берилген.

MoO₃ үчүн чөктүрүү ылдамдыгы 0,5 Å/s жана максаттуу калыңдык 35 nm; Al үчүн чөктүрүү ылдамдыгы 0,1 Å/s жана максаттуу калыңдык 100 nm.

Бул детал маанилүү: булактын кыскача мазмунунда “fully printed flexible devices” деген сөз айкашы болгону менен, ыкма бөлүмүнө ылайык MoO₃/Al үстүңкү электрод термикалык буулантуу аркылуу даярдалган. Ошондуктан түзмөктүн бардык катмарлары басма менен түзүлгөн деген жыйынтык чыгарылбашы керек.

9. Мүнөздөөчү аппараттар

AM 1.5G жана 100 mW/cm² эмнени билдирет?

AM 1.5G күн элементтерин лабораторияда салыштырууга мүмкүн болгон шарттарда өлчөө үчүн колдонулган стандартташтырылган жер бетиндеги күн спектри шарты. Изилдөөдө күн симулятору 100 mW/cm² нурлануу интенсивдүүлүгүндө колдонулган. Демек, билдирилген J–V жана PCE маанилери ушул көзөмөлдөнгөн лабораториялык жарыктандыруу шартына тиешелүү.

J_SC, V_OC, FF жана PCE Кантип Түшүндүрүлүшү Керек?

J_SC кыска туташуу шартындагы ток тыгыздыгын, V_OC ачык чынжыр чыңалуусун, FF ток–чыңалуу ийри сызыгы пайдаланууга жарактуу максималдуу кубат өндүрүүгө канчалык жакын экенин, ал эми PCE кирген жарык кубатынын кайсы үлүшү электр кубатына айланарын билдирет; бул изилдөөдө MAClнин эң айкын таасири J_SC жана PCE жогорулашында байкалган.

Кыска туташуу тогунун тыгыздыгы J_SC

J_SC — элементтин учтарындагы чыңалуу нөлгө жакын болгондо алынган фототоктун активдүү аянтка карата мааниси жана mA/cm² менен берилген. Жогорураак J_SC, өлчөө шарттары бирдей болсо, элемент көбүрөөк фотожүк өндүрүп жана топтой аларын көрсөтөт.

Ачык чынжыр чыңалуусу V_OC

V_OC — элементтен таза ток алынбаган учурда учтарынын ортосунда пайда болгон эң жогорку фоточыңалуу. Булакта MACl кошулгандан кийин V_OC бөлүштүрүлүшү салыштырмалуу аз өзгөрүп, негизги айырма J_SC тарабында байкалганы айтылат.

Толтуруу коэффициенти FF

Толтуруу коэффициенти (fill factor, FF) — реалдуу J–V ийри сызыгынын максималдуу кубат чекитин идеалдуу тик бурчтук менен салыштырган өлчөмсүз көрсөткүч. Булак FF теңдемесин ачык жазбайт; бирок көрсөткүчтүн маанисин түшүндүрүү үчүн колдонулган стандарттуу фотоэлектрдик байланыш:

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

түрүндө. V_MPP жана J_MPP — максималдуу кубат чекитиндеги чыңалуу жана ток тыгыздыгы. FF жогорулаган сайын элементтин J–V ийри сызыгынан пайдаланууга жарактуу максималдуу кубатты алуу мүмкүнчүлүгү өсөт.

Кубатты өзгөртүү натыйжалуулугу PCE

Булак PCE теңдемесине өзүнчө теңдеме номерин бербейт. Фотоэлектрдик өлчөөлөрдө стандарттуу байланыш:

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

түрүндө. FF формулада пайыз эмес, бөлчөк катары колдонулат. P_in элементке кирген оптикалык кубаттын тыгыздыгы жана бул изилдөөдө 100 mW/cm².

Булак референстик түзмөк үчүн берген V_OC=1,074 V, J_SC=12,91 mA/cm² жана FF=%58,0 маанилерин ушул стандарттуу байланышка койгондо болжол менен %8,04 PCE алынат. MACl түзмөгүндөгү V_OC=1,091 V, J_SC=15,01 mA/cm² жана FF=%59,4 маанилери да болжол менен %9,72 PCE менен шайкеш. Бул математикалык текшерүү жаңы эксперименттик жыйынтык эмес; булакта берилген көрсөткүчтөрдүн бири-бири менен шайкештигин окутуу максатында көрсөтөт.

Эң жакшы тескери скан көрсөткүчүн салыштыруу

Бул маанилер статистикалык бөлүштүрүүлөрдүн орточо маанилери эмес; текстте эң жакшы көрсөткүч көрсөткөн түзмөктөрдүн тескери скан жыйынтыктары катары билдирилген.

Статистикалык түзмөк тобу

Булак референстик жана MACl камтыган шарттардын статистикалык анализи ар бир шарт үчүн 70 түзмөккө негизделгенин билдирет. 8-сүрөттө V_OC, J_SC, FF жана PCE бөлүштүрүүлөрү кутуча графиктери жана өзүнчө түзмөк чекиттери менен көрсөтүлгөн.

Булак эч кандай p маанисин, ишеним аралыгын же өзүнчө маанилүүлүк тестин билдирбейт. Ошондуктан “MACl айырмасы статистикалык жактан p<0,05 деңгээлинде маанилүү” деген билдирүүнү бул изилдөөгө кошууга болбойт. Булак бөлүштүрүүлөрдүн жана көрсөткүч тенденцияларынын визуалдык/статистикалык салыштыруусун берет.

J–V гистерезиси деген эмне?

Булак бир эле түзмөктөр тескери скан (reverse scan, RS) жана алдыга скан (forward scan, FS) багыттарында өлчөнгөндө J–V ийри сызыктары бирдей болбогонун көрсөтөт. Эки түзмөк тобунда тең тескери сканда ток тыгыздыгы алдыга сканга караганда жогору болушу скан багытына көз каранды J–V гистерезиси катары түшүндүрүлгөн.

Ошондуктан перовскит элементинин көрсөткүчүн бир гана скан багытындагы “эң жогорку PCE” менен баалоо жетишсиз. Изилдөө эки скан багытын тең көрсөтүп, MACl камтыган түзмөктөр эки багытта тең жакшыраак J–V мүнөздөмөсүн көрсөткөнүн билдирген.

MACl көрсөткүчтү эмне үчүн жогорулатышы мүмкүн?

Авторлор көрсөткүчтүн жогорулашын жакшыраак пленка морфологиясы, азайган морфологиялык кемтиктер, жакшырган данчалар аралык байланыш жана натыйжалуураак заряд ташуу/топтоо менен байланыштырышат. Айрыкча J_SC жана FFдеги өсүш PCE жогорулашына түздөн-түз салым кошкону баса белгиленет.

Бирок изилдөө өз алдынча сандык капкан тыгыздыгын, кемтик тыгыздыгын же ташуучунун өмүрүн өлчөөнү билдирбейт. Ошондуктан “MACl кемтик тыгыздыгын мынча өлчөмдө азайтты” деген сандык доомат колдоого алынбайт. Кемтиктердин азайышы — булак талкуусунун микротүзүлүш жана түзмөк жүрүм-турумуна негизделген механизмдик түшүндүрмөсү.

V_OC эмне үчүн негизги өзгөрүү болгон эмес?

Булакта MACl кошулгандан кийин V_OC бөлүштүрүлүшү салыштырмалуу өзгөрүүсүз калганын айтат. Изилдөөчүлөр муну кошумча түзмөк катмарларынын ортосундагы энергиялык дал келүүнү олуттуу өзгөртпөгөнүн көрсөткөн табылга катары түшүндүрүшкөн.

Тескерисинче, J_SC алдыга да, тескери да сканда кыйла айкын өскөн. Ошондуктан изилдөөдөгү көрсөткүчтүн өсүшү негизинен чыңалуунун жогорулашынан эмес, токтун көбүрөөк топтолушунан жана бир аз жакшыраак FFден келип чыгат.

Изилдөө түзгөн процесс–түзүлүш–касиет–көрсөткүч чынжыры

Макаланын негизги илимий логикасы төрт баскычтан турат:

1. Басма агым ылдамдыгы, каптоо ылдамдыгы жана таянычтын температурасы эриткичтин алысташына жана кристаллдануу кинетикасына таасир этет.
2. Кристаллдануу шарттары пленканын калыңдыгын, данчалар аралык байланышты жана беттин бир тектүүлүгүн аныктайт.
3. Пленка түзүлүшү оптикалык сиңирүүгө, заряд ташууга жана рекомбинация жүрүм-турумуна таасир этет.
4. Бул таасирлер J_SC, FF жана натыйжада PCE сыяктуу фотоэлектрдик көрсөткүчтөргө чагылат.

MACl бул чынжырдын өзгөчө кристаллдануу жана морфология баскычында колдонулган кошумча зат. Булактын негизги түшүндүрмөсү өндүрүш процессин көзөмөлдөө акыркы түзмөктүн көрсөткүчүнө түздөн-түз таасир бере аларында.

Изилдөө колдогон жыйынтыктар

Изилдөө DMSO негиздүү аралаш катиондуу/аралаш галогениддүү перовскит сыясы slot-die ыкмасы менен тегиз пленкаларды түзө аларын; тандалган шарттарда болжол менен 300–400 nm калыңдыктагы тыгыз пленкалар алынганын жана %5 mol MACl пленка морфологиясын жана түзмөк көрсөткүчүн жакшыртканын колдойт.

XRD жыйынтыктары MACl изилденген каптоо ылдамдыктарында негизги тетрагоналдык перовскит кристалл түзүмүн өзгөртпөстөн колдонулушу мүмкүн экенин; фотоэлектрдик жыйынтыктар болсо MACl камтыган түзмөктөрдө өзгөчө J_SC, FF жана PCE жакшырганын көрсөтөт.

Изилдөө колдобогон жыйынтыктар

Изилдөө иштелип чыккан түзмөктөр жылдар бою туруктуу каларын көрсөтпөйт. Узак мөөнөттүү жарык, температура, нымдуулук жана иштөө туруктуулугу эксперименттери бул макаланын негизги маалымат топтомунда жок.

Изилдөө ыкма өнөр жайлык рулон-рулон өндүрүш линиясында ошол эле көрсөткүч менен иштей турганын далилдебейт. Авторлор масштабды чоңойтуу изилдөөлөрү өзүнчө зарыл экенин ачык белгилешет.

Изилдөө бардык перовскит курамдарында %5 mol MACl оптималдуу экенин көрсөтпөйт.

Изилдөө бардык элемент катмарлары басма менен өндүрүлгөнүн ыкмалык жактан көрсөтпөйт; MoO₃/Al үстүңкү электрод термикалык буулантуу аркылуу даярдалган.

Изилдөө MAClнин кемтик тыгыздыгын түздөн-түз сандык кемтик спектроскопиясы менен өлчөгөн эмес; кемтиктердин азайышы булак талкуусунун көрсөткүч жана морфологияга негизделген түшүндүрмөсү.

Изилдөө бул эксперименттик серияда перовскит түзмөктөрүнүн коммерциялык продукт ишенимдүүлүгүн же механикалык ийилүү өмүрүн тастыктабайт.

Изилдөөнүн өзү көрсөткөн келечектеги изилдөө муктаждыктары

Авторлор чөктүрүү процессин мындан ары жакшыртууну, пленканын узак мөөнөттүү туруктуулугун изилдөөнү, ар түрдүү айлана-чөйрө жана иштетүү шарттарындагы көрсөткүчтү баалоону, өндүрүш масштабын чоңойтууну жана пленкаларды толук түзмөк түзүмдөрү менен интеграциялоону мындан аркы изилдөөлөрдө кароону зарыл деп эсептешет.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

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

Авторлор: Yerassyl Yerlanuly; Askhat Jumabekov.

Жооптуу автор: Yerassyl Yerlanuly.

Жооптуу автордун электрондук почта дареги: yerassyl.yerlanuly@nu.edu.kz

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

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

Журнал: Eurasian Chemico-Technological Journal.

Том / сан: 28 / 2.

Барактар: 171–179.

Жыл: 2026.

DOI: 10.18321/ectj1692.

Макаланы иштетүү даталары: Келип түшкөн: 13-февраль 2026; кайра каралган версия алынган: 26-апрель 2026; кабыл алынган: 10-июнь 2026. PDFде өзүнчө онлайн жарыяланган күн көрсөтүлгөн эмес.

Басмакана маалыматы: PDF макала al-Farabi Kazakh National University тарабынан жарыяланганын билдирет; Eurasian Chemico-Technological Journal ошол эле учурда Institute of Combustion Problems журналы катары сүрөттөлөт.

Булак түрү: Эксперименттик жука пленка материалын өндүрүүнү, процессти оптималдаштырууну жана ийилчээк фотоэлектрдик түзмөктү мүнөздөөнү камтыган оригиналдуу изилдөө макаласы.

Рецензия статусу: Nazarbayev University изилдөө жазуусу ишти рецензияланган журнал макаласы катары классификациялайт.

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

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

Кызыкчылыктардын кагылышы: Каралган тогуз беттик PDF ичинде өзүнчө кызыкчылыктардын кагылышы тууралуу билдирүү бөлүмү табылган эмес; ошондуктан кызыкчылыктардын кагылышынын абалы тууралуу булактан тышкаркы божомол жасалган эмес.

Маалыматтын жеткиликтүүлүгү: Каралган PDF ичинде өзүнчө “Data Availability” билдирүүсү табылган эмес.

Авторлордун салымдары: Каралган PDF ичинде өзүнчө CRediT/автор салымдары бөлүмү жок; тең салым же тең биринчи авторлук билдирүүсү да көрүнбөйт.

Негизги эксперименттик чөйрө: Басма иштер 18–21 °C айлана-чөйрө температурасы жана %27–33 салыштырмалуу нымдуулукта жүргүзүлгөн.

Негизги перовскит курамы: Cs_0.175FA_0.75MA_0.075Pb(I_0.88Br_0.12)₃.

Негизги кошумча: %5 mol MACl.

Негизги пленка калыңдыгы: Оптималдаштырылган пленкаларда болжол менен 300–400 nm.

Оптикалык тыюу салынган зонанын кеңдиги: Булакта болжол менен 1,55 eV.

Эң жакшы тескери скан PCE: Референс %8,04; MACl камтыган түзмөк %9,72.

Статистикалык камтуу: Булак ар бир түзмөк шарты үчүн 70 түзмөккө негизделген статистикалык баалоо жүргүзүлгөнүн билдирет; бирок p мааниси же өзүнчө гипотеза тести берилген эмес.

Булак ичиндеги параметр эскертүүсү: Ыкма текстинде перовскит басма температурасы 25–130 °C деп берилген, ал эми булактагы 1-сүрөттө 3–8-үлгүлөр үчүн 140 °C көрсөтүлгөн. Ошол сыяктуу, ыкма тексти CS=5–12 cm/мүн аралыгын берсе, MACl SEM/XRD сериясында 3 жана 4 cm/мүн шарттары да бар. Бул айырмачылыктар оңдолбой жана жашырылбай берилген.

Терминологиялык эскертүү: Булактын кыскача мазмунунда “fully printed flexible devices” деген сөз айкашы бар болгону менен, ыкма бөлүмүнө ылайык MoO₃/Al үстүңкү контакт термикалык буулантуу менен даярдалган. Ошондуктан Verianla баяны үч функционалдык катмар slot-die менен басылганын, ал эми металл үстүңкү контакт буулантуу менен даярдалганын ачык айырмалайт.

Эриткич боюнча эскертүү: Материалдар тизмесинде NMP бар болгонуна карабастан, кеңири перовскит сыясы жана жыйынтык сериялары DMSO негиздүү; каралган макалада NMPге тиешелүү өзүнчө көрсөткүч сериясы берилбегендиктен, NMP таасири тууралуу жыйынтык чыгарылган эмес.