Upakaji kwa slot-die ni mbinu inayoweza kupanuliwa ya kutengeneza filamu nyembamba inayowezesha wino wa kimiminika kuhamishwa kupitia ufa mwembamba kwa kiwango cha mtiririko kinachodhibitiwa na kuwekwa kama filamu endelevu juu ya substrati inayosogea. Utafiti huu ulioptimisha uchapishaji wa slot-die wa filamu za perovskite zenye kationi mchanganyiko na halidi mchanganyiko za muundo Cs_0.175FA_0.75MA_0.075Pb(I_0.88Br_0.12)₃ kwa kuzingatia kiwango cha mtiririko wa wino, kasi ya upakaji, joto la substrati na nafasi ya upakaji, kisha ukachunguza athari ya %5 mol ya kloridi ya methylammonium (MACl) katika ukristalishaji na utendaji wa seli ya jua inayopindika. Filamu zilizoboreshwa zilionyesha unene wa takriban 300–400 nm, muundo mdogo ulio mnene na endelevu, mwanzo wa ufyonzaji karibu na 750–800 nm na pengo la nishati ya macho la takriban 1,55 eV. Katika seli zinazopindika zenye MACl, ufanisi bora wa ubadilishaji wa nguvu katika skani ya kurudi nyuma ulifikia %9,72, ilhali kwa kifaa rejea thamani hii ilikuwa %8,04. Hata hivyo, utafiti hauhakikishi uthabiti wa muda mrefu, upanuzi wa eneo kubwa wala uimara katika hali halisi za matumizi.

Myeyusho wa awali wa perovskite uliandaliwa kwa mkusanyiko wa 1,4 M na dimethyl sulfoxide isiyo na maji (DMSO) ilitumika kama kiyeyushi kikuu. Katika uundaji wa filamu, hatua ya ukaushaji ulioharakishwa kwa kisu cha hewa haikutumika; ukaushaji na ukristalishaji ulitekelezwa kupitia meza iliyopashwa joto ya kifaa cha slot-die. Chanzo kilichagua sampuli 4, 5, 7 na 8 katika uboreshaji wa awali wa uchapishaji kama sampuli zenye usawa mkubwa zaidi wa mwonekano na ufunikaji wa uso; katika vipimo vya UV–Vis sampuli 8 ilionyesha ufyonzaji wa juu zaidi.

Kuongezwa kwa %5 mol MACl, kwa mujibu wa tafsiri ya watafiti, kulidhibiti ukristalishaji, kuimarisha muunganisho kati ya chembechembe za kioo na kuboresha uwezo wa kurudia utengenezaji wa filamu. Matokeo ya difraksheni ya miale ya X yalionyesha kuwa kuongezwa kwa MACl hakukutengeneza awamu mpya ya pili inayoweza kutambulika katika hali zilizochunguzwa na kwamba muundo mkuu wa kioo wa perovskite ulihifadhiwa. Katika vifaa vya fotovoltaiki, mabadiliko yaliyoonekana zaidi yalikuwa katika msongamano wa mkondo wa mzunguko mfupi; thamani bora ya J_SC katika skani ya kurudi nyuma iliongezeka kutoka 12,91 mA/cm² hadi 15,01 mA/cm². Volteji ya mzunguko wazi ilibadilika kwa kiwango kidogo zaidi.

Filamu ya perovskite ni nini katika utafiti huu?

Tabaka hai la kufyonza mwanga katika utafiti ni perovskite ya halidi ya risasi yenye kationi mchanganyiko na halidi mchanganyiko ya muundo Cs_0.175FA_0.75MA_0.075Pb(I_0.88Br_0.12)₃. Hapa Cs inawakilisha cesium, FA formamidinium, MA methylammonium, Pb risasi, I iodidi na Br bromidi.

Sababu ya kuitwa “kationi mchanganyiko” ni matumizi ya pamoja ya Cs, FA na MA badala ya kijenzi kimoja cha aina A. Kauli “halidi mchanganyiko” inaeleza kuwepo kwa iodidi na bromidi pamoja upande wa anioni badala ya iodidi pekee. Chanzo kinaegemeza muundo huu kwenye fomulesheni iliyoripotiwa awali na kinaweka mchango mkuu wa utafiti katika uboreshaji wa mchakato wa uchapishaji wa slot-die wa nyenzo hii na ukristalishaji unaosaidiwa na MACl.

Upakaji kwa Slot-Die ni Nini na Ni Vigezo Gani Vilivyodhibitiwa katika Utafiti Huu?

Upakaji kwa slot-die ni mbinu ya kutengeneza filamu endelevu ambapo wino wa perovskite hupelekwa kwenye kichwa cha upakaji kwa kiwango cha mtiririko wa pampu kinachodhibitiwa na kuhamishwa kupitia ufa mwembamba kwenda kwenye substrati inayosogea na ambayo joto lake linadhibitiwa; katika utafiti huu vigezo vikuu vya udhibiti ni kiwango cha mtiririko wa pampu PR, kasi ya kusogea ya upakaji/meza CS, joto la meza T_c na nafasi ya upakaji CW.

PR: kiwango cha mtiririko wa pampu

PR (pump rate) ni ujazo wa kimiminika unaopelekwa kwenye kichwa cha upakaji kwa dakika moja na umetolewa kwa kitengo cha µL/dak. Kiwango cha mtiririko huamua kiasi cha myeyusho wa awali wa perovskite kinachoingizwa kwenye mfumo kwa kila kitengo cha muda. Hata hivyo, unene wa mwisho wa filamu hautegemei PR pekee; kasi ya mwendo, joto la substrati, uvukizaji wa kiyeyushi na jiometria ya upakaji pia huathiri kwa pamoja uundaji wa filamu.

CS: kasi ya upakaji

CS (chuck speed/coating speed) inaeleza kasi ambayo substrati hupita chini ya kichwa cha slot-die na imetolewa kwa cm/dak. Katika majaribio ya MACl, chanzo kinaripoti kuwa unene wa filamu ulipungua kwa mwelekeo mmoja kadiri kasi ya upakaji ilivyoongezeka. Watafiti waliunganisha matokeo haya na kupungua kwa kiasi cha nyenzo kinachowekwa kwa kila eneo katika kasi ya juu.

T_c: joto la substrati/meza

T_c ni joto la meza iliyopashwa joto ambayo substrati hukaa juu yake wakati wa upakaji. Moja ya sifa muhimu za utafiti ni kwamba ukaushaji kwa kisu cha hewa haukutumika katika uundaji wa filamu na ukristalishaji uliungwa mkono na meza iliyopashwa joto. Kwa hiyo, kuondoka kwa kiyeyushi na mienendo ya ukristalishaji huathiriwa moja kwa moja na hali za joto zinazotumika wakati wa uchapishaji.

CW: nafasi ya upakaji

CW (coating window) inafafanuliwa katika chanzo kama umbali kati ya shim na uso wa substrati. Katika majaribio ya upakaji ya utafiti huu umbali huu ulibadilishwa katika kiwango cha 0,1–0,2 mm. Kigezo hiki cha kijiometri ni mojawapo ya vipengele vinavyoamua hali za kifizikia za meniskasi ya kimiminika na eneo la upakaji kati ya kichwa cha slot-die na substrati.

Hali nane za awali za uchapishaji katika Kielelezo 1 cha chanzo

Tofauti ya vigezo ndani ya chanzo: maandishi ya mbinu yanaripoti joto linalobadilika la uchapishaji wa perovskite kuwa 25–130 °C; hata hivyo, katika Kielelezo 1 cha chanzo kuna lebo ya 140 °C kwa sampuli 3–8. Verianla haibadilishi kimya kimya mojawapo ya thamani hizi na huhifadhi taarifa hizi mbili kama rekodi tofauti za chanzo.

Kwa nini filamu ilitathminiwa kuwa na unene wa 300–400 nm?

Vipimo vya profilomita vilionyesha kuwa wastani wa unene wa filamu ya perovskite katika sampuli zilizochaguliwa na kuboreshwa ulikuwa takriban katika kiwango cha 300–400 nm. Chanzo kinachukulia kiwango hiki kuwa kinachofaa kwa kuzingatia uwiano kati ya ufyonzaji wa kutosha wa mwanga na utoaji mzuri wa wabebaji wa chaji zinazotokana na mwanga.

Nanomita ni sehemu moja ya bilioni ya mita. 300 nm = 3×10⁻⁷ m, 400 nm = 4×10⁻⁷ m. Kwa hiyo, tabaka linalozungumziwa hapa ni filamu ya nusu-kondakta iliyo nyembamba sana kuliko unywele wa binadamu.

Mikroskopia ya macho ilionyesha nini?

Katika picha za mikroskopia ya macho, iliripotiwa kuwa tabaka za perovskite ziliunda muundo mdogo ulio mnene na endelevu; kulikuwa na mipaka dhahiri ya punje na maeneo ya kioo yaliyokua kwa mwelekeo wa radiali. Ukubwa wa punje, uwazi wa mipaka ya punje na usawa wa maeneo ulitofautiana kati ya sampuli. Watafiti wanaunganisha tofauti hizi na mabadiliko ya mienendo ya uundaji wa viini na ukuaji wa kioo yanayosababishwa na vigezo vya uchapishaji.

Hapa “punje” inamaanisha kioo tofauti au eneo la kioo ndani ya filamu. Muunganisho mzuri wa punje ni muhimu kwa usafirishaji wa chaji za umeme katika filamu; hata hivyo, picha ya mikroskopu pekee haiwezi kupima kwa kiasi muda wa maisha wa wabebaji au msongamano wa kasoro.

Pengo la Nishati la 1,55 eV na Mwanzo wa Ufyonzaji wa 750–800 nm Vinamaanisha Nini?

Filamu za perovskite katika utafiti zilionyesha mwanzo dhahiri wa ufyonzaji wa macho katika eneo la 750–800 nm na chanzo kiliripoti pengo la nishati ya macho la takriban 1,55 eV kwa filamu hizi; pengo la nishati linaeleza kiwango maalumu cha nishati kinachohitajika kusisimua elektroni kutoka bendi ya valensi hadi bendi ya upitishaji katika nusu-kondakta.

eV (electronvolt) ni kitengo kinachotumika kueleza nishati katika kiwango cha kimikroskopu. Uhusiano wa msingi kati ya urefu wa wimbi la fotoni na nishati yake, kwa madhumuni ya maelezo, ni:

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

Kwa eneo linaloonekana na karibu na infraradi, uhusiano huu unaweza kuandikwa takriban kama:

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

Kwa mfano, 800 nm inalingana na nishati ya fotoni ya takriban 1,55 eV. Hesabu hii haikutolewa katika makala ya chanzo kama mlinganyo tofauti wa kubainisha pengo la nishati; ni uhusiano wa jumla wa fotoni unaoeleza kiungo cha kifizikia kati ya ukingo wa ufyonzaji wa 750–800 nm na kiwango cha nishati cha 1,55 eV kilichoripotiwa. Utafiti hauripoti grafu tofauti ya Tauc au utaratibu wa kina wa kufiti pengo la nishati katika maandishi yanayoonekana.

Matokeo ya UV–Vis yalibadilikaje kati ya sampuli?

Katika Kielelezo 4 cha chanzo, spektra za ufyonzaji za sampuli 4, 5, 7 na 8 katika kiwango cha 300–800 nm zililinganishwa. Sampuli 4 ilionyesha ufyonzaji wa chini zaidi katika eneo lote la spektra lililochunguzwa, ilhali sampuli 8 ilionyesha wa juu zaidi; sampuli 5 na 7 zilibaki katika viwango vya kati.

Chanzo kinaunganisha ufyonzaji wa juu wa sampuli 8 na unene ulioboreshwa wa filamu pamoja na usawa bora wa muundo mdogo. Kauli hii ni tafsiri ya kimekanika ya waandishi; utafiti hauhakikishi kwa uhakika uhusiano wa sababu na athari kutokana na mkunjo wa ufyonzaji pekee.

MACl Ilifanya Kazi Gani katika Utafiti Huu?

%5 mol ya kloridi ya methylammonium (MACl) iliongezwa kwenye prekursor ya perovskite kama kiungio cha kudhibiti ukristalishaji; kwa mujibu wa matokeo ya chanzo, katika kasi zinazofaa za uchapishaji iliboresha muunganisho kati ya punje na mwendelezo wa filamu bila kutengeneza awamu mpya ya pili inayoweza kutambulika katika vipimo vya XRD.

Kwa nini %5 mol MACl?

Utafiti haukubaini kiwango cha %5 mol MACl kwa kufanya skani pana ya mkusanyiko ndani ya utafiti wenyewe. Waandishi walichagua uwiano huu kwa kutegemea tafiti za awali zilizoripoti kuwa mkusanyiko mdogo wa MACl unaweza kudhibiti ukristalishaji, kuboresha mofolojia na kuhifadhi usafi wa awamu.

Kwa hiyo, utafiti hauungi mkono hitimisho kwamba “mkusanyiko bora wa jumla wa MACl ni %5”. Kiwango cha kiungio kilichojaribiwa na kutumika katika utengenezaji wa vifaa katika utafiti huu ni %5 mol.

Picha za SEM zilionyesha nini kadiri kasi ya upakaji ilivyoongezeka?

Picha za SEM za juu za filamu zenye MACl zililinganishwa katika kasi za upakaji za 3, 4, 5, 6 na 7 cm/dak. Katika kasi za chini, muundo ulioshikana, punje zilizoungana vizuri na mapengo machache kati ya punje yalionekana. Iliripotiwa kuwa nyufa na mipaka ya punje iliyopanuka viliongezeka kadiri kasi ya upakaji ilivyoongezeka.

Watafiti wanaeleza hili kwa kuondoka kwa kasi zaidi kwa kiyeyushi na kupungua kwa muda unaopatikana kwa upangaji upya wa fuwele na kuungana kwa punje. Utaratibu huu ni tafsiri ya mjadala wa chanzo.

Katika picha za SEM za sehemu ya msalaba, iliripotiwa kuwa unene wa filamu ulipungua kwa mwelekeo mmoja kadiri kasi ya upakaji ilivyoongezeka. Chanzo kinaunganisha hili na kuwekwa kwa nyenzo kidogo zaidi kwa kila eneo katika kasi ya juu.

Dokezo la upeo wa vigezo ndani ya chanzo: aya ya jumla ya mbinu inatoa kiwango cha 5–12 cm/dak kwa CS, ilhali katika picha za SEM na XRD za mfululizo wa MACl pia kuna hali za 3 na 4 cm/dak. Chanzo hakielezi kando uhusiano wa kiwango hiki kilichopanuliwa cha kasi na kikomo katika aya ya mbinu.

XRD hupima nini?

Difraksheni ya miale ya X (XRD) ni mbinu ya uchanganuzi inayotoa taarifa kuhusu muundo wa kioo na awamu kupitia kutawanyika/difraksheni kwa miale ya X katika pembe maalumu kutoka kwa ndege za atomu zilizopangwa katika kioo. Nafasi za vilele katika muundo wa XRD zinaweza kuhusishwa na kimiani ya kioo, huku nguvu za vilele zikihusishwa na sababu kadhaa kama kiasi cha awamu, unene wa filamu na mwelekeo unaopendelewa.

Chanzo kinaripoti vilele vya difraksheni vilivyoainishwa kwa ndege za (100), (110), (111), (200), (210), (211), (220) na (300) katika perovskite zenye MACl na kinaunganisha muundo huo na kimiani ya perovskite ya tetragonal.

Hakuna kilele kipya dhahiri au kuhama kwa nafasi ya kilele kulikoonekana wakati kasi ya upakaji ilipobadilishwa. Watafiti walitafsiri hili kuwa mabadiliko ya kasi yaliyochunguzwa hayakubadilisha kwa kiasi kikubwa vigezo vya kimiani au muundo wa awamu. Tofauti ndogo za nguvu ya vilele ziliunganishwa na unene wa filamu na mwelekeo unaopendelewa wa fuwele.

Katika Kielelezo 7 cha chanzo, sampuli rejea isiyo na MACl iliwekewa lebo CS=6 cm/dak na kulinganishwa na sampuli zenye MACl katika 3–7 cm/dak. Miundo ya XRD inaunga mkono tafsiri kwamba kuongezwa kwa MACl kunaweza kufanya kazi kama kiungio cha ukristalishaji huku kikihifadhi muundo wa perovskite.

Kauli “usafi wa awamu ulihifadhiwa” ina nguvu kiasi gani?

Chanzo kinaripoti kuwa hakukuwa na vilele vya awamu ya pili vinavyoweza kutambulika katika hali za kipimo cha XRD zilizochunguzwa. Matokeo haya hayamaanishi kwamba “hakuna kasoro yoyote au muundo wowote wa kigeni katika kiwango cha atomu ndani ya nyenzo”. Kuna sababu kama kikomo cha utambuzi cha XRD, kiasi cha awamu za kioo na kiwango cha ukristalishaji. Kwa hiyo, kauli sahihi ya matokeo ya chanzo ni kwamba hakuna awamu ya pili ya kioo inayoweza kutambulika iliyoonekana katika miundo iliyochunguzwa.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

1. Nyenzo kuu zilizotumika

Poliethilini terephthalate iliyopakwa oksidi ya indium-tin (PET/ITO) ilitumika kama substrati inayopindika. Unene wa substrati ya PET/ITO ulitolewa kuwa 125 µm na ukinzani wa tabaka 45 Ω/mraba.

Kwa tabaka la usafirishaji wa elektroni, dispersheni ya kolloidi ya nanochembe za SnO₂ yenye %15 kwa uzito katika maji ilitumika. Prekursor ya perovskite ilikuwa na PbI₂, PbBr₂, FAI, MABr, MAI na CsI. Kiungio cha ukristalishaji ni MACl. Tabaka la usafirishaji wa mashimo linategemea Spiro-OMeTAD; 4-tert-butylpyridine na Li-TFSI zilitumika kama viungio. Kontakti ya juu iliundwa kwa MoO₃ na Al.

N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) pia ipo katika orodha ya nyenzo. Hata hivyo, katika sehemu ya kina ya maandalizi ya wino wa perovskite, inaelezwa kuwa myeyusho mkuu uliandaliwa kwa DMSO isiyo na maji, na katika sehemu za matokeo hakuna mfululizo tofauti wa majaribio unaotegemea NMP ulioripotiwa. Kwa hiyo, athari huru ya NMP kwenye matokeo haiwezi kutolewa kutokana na makala hii.

2. Maandalizi ya wino wa perovskite

PbI₂, PbBr₂, FAI, MABr, MAI na CsI ziliyeyushwa kwa kiasi cha stoikiometria katika DMSO isiyo na maji ili kuandaa wino wenye muundo lengwa wa Cs_0.175FA_0.75MA_0.075Pb(I_0.88Br_0.12)₃ katika mkusanyiko wa 1,4 M.

Katika mfululizo wa MACl, %5 mol MACl iliongezwa kwenye myeyusho mkuu. Kabla ya matumizi, myeyusho ilipitishwa kwenye kichujio haidrofobiki cha 0,45 µm.

3. Maandalizi ya substrati ya PET/ITO

Substrati zinazopindika za PET/ITO zilisafishwa kwa mawimbi ya sauti kwa mpangilio katika maji yaliyotolewa ioni yenye sabuni, maji yaliyotolewa ioni, asetoni na isopropanoli. Kila hatua ya usafishaji ilidumu 10 dakika.

Baada ya usafishaji, substrati zilikauka kwa mtiririko wa nitrojeni na kutibiwa kwa UV-ozoni kwa 15 dakika ili kuongeza uwezo wa uso kuloweshwa.

4. Tabaka la usafirishaji wa elektroni la SnO₂

Dispersheni ya kibiashara ya nanochembe za SnO₂ ilipunguzwa kwa maji yaliyotolewa ioni kwa uwiano wa ujazo wa 1:3. Tabaka la SnO₂ lilichapishwa katika hali:

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

Katika masharti hayo, lilitibiwa kwa joto katika 130 °C kwa 30 dakika na matibabu ya pili ya UV-ozoni ya 30 dakika yakatumika.

5. Uchapishaji wa tabaka la perovskite

Filamu ya perovskite ilichapishwa juu ya tabaka jipya la usafirishaji wa elektroni la SnO₂ kwa kutumia mifumo ya slot-die ya VectorSC au NanoRoll. Masafa ya vigezo yaliyotolewa kwa uchapishaji wa perovskite katika maandishi ya mbinu ni:

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

Katika masafa hayo, mara tu baada ya uchapishaji sampuli zilitibiwa kwa joto katika 100 °C kwa 10 dakika. Kwa kuwa katika Kielelezo 1 cha chanzo 140 °C imeandikwa kwa baadhi ya sampuli za awali za uboreshaji, kuna tofauti katika kikomo cha joto kati ya aya ya mbinu na lebo za kielelezo.

6. Tabaka la usafirishaji wa mashimo la Spiro-OMeTAD

Prekursor ya HTL iliandaliwa kwa kutumia 45 mg Spiro-OMeTAD katika 1 mL klorobenzini, 28,8 µL 4-tBP na 17,5 µL ya myeyusho wa Li-TFSI uliotayarishwa kwa mkusanyiko wa 520 mg/mL katika asetonitrili. Mchanganyiko ulikorogwa kwa saa moja.

Tabaka la Spiro-OMeTAD lilichapishwa kwa mbinu ya slot-die katika hali za PR=150 µL/dak, CS=80 cm/dak na T_c=25 °C.

7. Hali za mazingira

Chanzo kinasema kuwa tabaka tatu za kazi — SnO₂, perovskite na Spiro-OMeTAD — zilichapishwa katika hali za mazingira. Wakati wa uchapishaji, joto la mazingira liliwekwa kati ya 18–21 °C na unyevunyevu kiasi kati ya %27–33. Nafasi ya upakaji CW ilibadilishwa kati ya 0,1–0,2 mm katika majaribio yote ya upakaji.

8. Kontakti ya juu ya MoO₃/Al

Kontakti ya juu iliundwa si kwa uchapishaji bali kwa uvukizaji wa joto. Katika mfumo wa Angstrom Engineering, shinikizo la msingi lilitolewa kuwa 2×10⁻⁶ Torr.

Kwa MoO₃, kasi ya uwekaji ilikuwa 0,5 Å/s na unene lengwa 35 nm; kwa Al, kasi ya uwekaji ilikuwa 0,1 Å/s na unene lengwa 100 nm.

Maelezo haya ni muhimu: ingawa muhtasari wa chanzo una kauli “fully printed flexible devices”, kwa mujibu wa sehemu ya mbinu, elektrodi ya juu ya MoO₃/Al iliandaliwa kwa uvukizaji wa joto. Kwa hiyo, haipaswi kuhitimishwa kuwa tabaka zote za kifaa zilitengenezwa kwa uchapishaji.

9. Vifaa vya uchanganuzi

AM 1.5G na 100 mW/cm² vinamaanisha nini?

AM 1.5G ni hali iliyosanifishwa ya spektra ya jua ya ardhini inayotumika kupima seli za jua katika maabara chini ya hali zinazoweza kulinganishwa. Katika utafiti, kiigaji cha jua kilitumika chini ya kiwango cha mionzi cha 100 mW/cm². Kwa hiyo, thamani zilizoripotiwa za J–V na PCE zinahusu hali hii ya mwanga wa maabara inayodhibitiwa.

J_SC, V_OC, FF na PCE Zinapaswa Kutafsiriwaje?

J_SC inaeleza msongamano wa mkondo katika hali ya mzunguko mfupi, V_OC volteji ya mzunguko wazi, FF jinsi mkunjo wa mkondo–volteji unavyokaribia uzalishaji wa kiwango cha juu cha nguvu kinachoweza kutumika, na PCE sehemu ya nguvu ya mwanga unaoingia inayobadilishwa kuwa nguvu ya umeme; katika utafiti huu athari dhahiri zaidi ya MACl ilionekana katika ongezeko la J_SC na PCE.

Msongamano wa mkondo wa mzunguko mfupi J_SC

J_SC ni thamani ya fotomkondo kwa kila eneo hai inayopatikana wakati volteji kati ya ncha za seli iko karibu na sifuri, na imetolewa kwa mA/cm². J_SC ya juu zaidi, ikiwa hali za kipimo ni sawa, inaashiria kuwa seli inaweza kuzalisha na kukusanya wabebaji zaidi wa chaji zinazotokana na mwanga.

Volteji ya mzunguko wazi V_OC

V_OC ni fotovolteji ya juu zaidi inayotokea kati ya ncha wakati hakuna mkondo halisi unaotolewa kutoka kwenye seli. Chanzo kinaeleza kuwa baada ya kuongezwa kwa MACl mgawanyo wa V_OC ulibadilika kwa kiasi kidogo, huku tofauti kuu ikionekana upande wa J_SC.

Kigezo cha ujazo FF

Kigezo cha ujazo (fill factor, FF) ni kipimo kisicho na vipimo kinacholinganisha nukta ya nguvu ya juu zaidi ya mkunjo halisi wa J–V na mstatili bora. Chanzo hakiandiki wazi mlinganyo wa FF; hata hivyo, uhusiano wa kawaida wa fotovoltaiki unaotumika kufundisha maana ya kipimo hiki ni:

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

Hapa V_MPP na J_MPP ni volteji na msongamano wa mkondo katika nukta ya nguvu ya juu zaidi. Kadiri FF inavyoongezeka, uwezo wa seli kupata nguvu ya juu zaidi inayoweza kutumika kutoka kwenye mkunjo wa J–V huongezeka.

Ufanisi wa ubadilishaji wa nguvu PCE

Chanzo hakitoi nambari tofauti ya mlinganyo kwa mlinganyo wa PCE. Katika vipimo vya fotovoltaiki, uhusiano wa kawaida ni:

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

FF hutumika katika fomula kama sehemu, si asilimia. P_in ni msongamano wa nguvu ya macho inayoingia kwenye seli na katika utafiti huu ni 100 mW/cm².

Thamani za V_OC=1,074 V, J_SC=12,91 mA/cm² na FF=%58,0 zilizotolewa na chanzo kwa kifaa rejea zinapowekwa katika uhusiano huu wa kawaida hutoa takriban %8,04 PCE. Thamani za V_OC=1,091 V, J_SC=15,01 mA/cm² na FF=%59,4 katika kifaa cha MACl pia zinaendana na takriban %9,72 PCE. Ukaguzi huu wa kihesabu si matokeo mapya ya majaribio; unaonyesha kwa madhumuni ya kufundisha kwamba thamani za utendaji zilizotolewa katika chanzo zinaendana.

Ulinganisho wa utendaji bora wa skani ya kurudi nyuma

Thamani hizi si wastani wa migawanyo ya takwimu; zimeripotiwa katika maandishi kama matokeo ya skani ya kurudi nyuma ya vifaa vilivyoonyesha utendaji bora zaidi.

Kundi la vifaa vya takwimu

Chanzo kinasema kuwa uchanganuzi wa takwimu wa hali rejea na hali zenye MACl ulifanywa kwa msingi wa vifaa 70 kwa kila hali. Katika Kielelezo 8, migawanyo ya V_OC, J_SC, FF na PCE imeonyeshwa kwa michoro ya kisanduku na nukta za kifaa kimoja kimoja.

Chanzo hakiripoti thamani yoyote ya p, kipindi cha kujiamini au jaribio tofauti la umuhimu wa takwimu. Kwa hiyo, kauli kama “tofauti ya MACl ni muhimu kitakwimu katika kiwango cha p<0,05” haiwezi kuongezwa kwa utafiti huu. Chanzo kinawasilisha ulinganisho wa kuona/kitakwimu wa migawanyo na mielekeo ya utendaji.

Histeresi ya J–V ni nini?

Chanzo kinaonyesha kwamba vifaa vilevile vinapopimwa katika mwelekeo wa skani ya kurudi nyuma (reverse scan, RS) na skani ya mbele (forward scan, FS), mikunjo ya J–V haifanani. Katika makundi yote mawili ya vifaa, kupatikana kwa msongamano wa mkondo wa juu zaidi katika skani ya kurudi nyuma kuliko skani ya mbele kulitafsiriwa kama histeresi ya J–V inayotegemea mwelekeo wa skani.

Kwa hiyo, haitoshi kutathmini utendaji wa seli ya perovskite kwa “PCE ya juu zaidi” katika mwelekeo mmoja tu wa skani. Utafiti ulionyesha mielekeo yote miwili ya skani na kuripoti kuwa vifaa vyenye MACl zilionyesha sifa bora zaidi za J–V katika mielekeo yote miwili.

Kwa nini MACl inaweza kuwa imeongeza utendaji?

Waandishi wanaunganisha ongezeko la utendaji na mofolojia bora ya filamu, kupungua kwa kasoro za kimofolojia, uboreshaji wa muunganisho wa punje na usafirishaji/ukusanyaji wa chaji wenye ufanisi zaidi. Hususan inasisitizwa kuwa ongezeko la J_SC na FF lilichangia moja kwa moja katika kuongezeka kwa PCE.

Hata hivyo, utafiti hauripoti kipimo huru cha kiasi cha msongamano wa mitego, msongamano wa kasoro au muda wa maisha wa wabebaji. Kwa hiyo, dai la kiasi kama “MACl ilipunguza msongamano wa kasoro kwa kiasi fulani” haliungwi mkono. Kupungua kwa kasoro ni tafsiri ya kimekanika ya mjadala wa chanzo inayotokana na muundo mdogo na tabia ya kifaa.

Kwa nini V_OC haikuwa mabadiliko makuu?

Chanzo kinaeleza kuwa mgawanyo wa V_OC ulibaki bila kubadilika sana baada ya kuongezwa kwa MACl. Watafiti walitafsiri hili kama matokeo yanayoashiria kuwa kiungio hakikubadilisha kwa kiasi kikubwa mpangilio wa nishati kati ya tabaka za kifaa.

Kwa upande mwingine, J_SC iliongezeka kwa uwazi zaidi katika skani ya mbele na ya kurudi nyuma. Kwa hiyo, faida ya utendaji katika utafiti huu ilitokana hasa si na ongezeko la volteji, bali na ukusanyaji wa juu zaidi wa mkondo na FF iliyo bora kidogo.

Mnyororo wa mchakato–muundo–sifa–utendaji uliowekwa na utafiti

Mantiki kuu ya kisayansi ya makala ina hatua nne:

1. Kiwango cha mtiririko wa uchapishaji, kasi ya upakaji na joto la substrati huathiri kuondoka kwa kiyeyushi na kinetiki ya ukristalishaji.
2. Hali za ukristalishaji huamua unene wa filamu, muunganisho wa punje na usawa wa uso.
3. Muundo wa filamu huathiri ufyonzaji wa macho, usafirishaji wa chaji na tabia ya muungano upya.
4. Athari hizi hujitokeza katika vipimo vya utendaji wa fotovoltaiki kama J_SC, FF na hatimaye PCE.

MACl ni kiungio kinachotumika hasa katika hatua ya ukristalishaji na mofolojia ya mnyororo huu. Tafsiri kuu ya chanzo ni kwamba udhibiti wa mchakato wa uzalishaji unaweza kuathiri moja kwa moja utendaji wa mwisho wa kifaa.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

Utafiti unaunga mkono kuwa wino wa perovskite wenye kationi mchanganyiko/halidi mchanganyiko unaotegemea DMSO unaweza kuunda filamu laini kwa mbinu ya slot-die; katika hali zilizochaguliwa filamu mnene zenye unene wa takriban 300–400 nm zilipatikana na %5 mol MACl iliboresha mofolojia ya filamu na utendaji wa kifaa.

Matokeo ya XRD yanaonyesha kuwa MACl inaweza kutumika katika kasi za upakaji zilizochunguzwa bila kubadilisha muundo mkuu wa kioo wa perovskite ya tetragonal; matokeo ya fotovoltaiki yanaonyesha kuwa hasa J_SC, FF na PCE ziliboreshwa katika vifaa vyenye MACl.

Matokeo ambayo utafiti hauungi mkono

Utafiti hauonyeshi kuwa vifaa vilivyotengenezwa vitabaki thabiti kwa miaka. Majaribio ya muda mrefu ya uthabiti dhidi ya mwanga, joto, unyevunyevu na uendeshaji hayapo katika seti kuu ya data ya makala hii.

Utafiti hauhakikishi kuwa mbinu hiyo hufanya kazi kwa utendaji uleule katika laini ya uzalishaji ya viwandani ya roll-to-roll. Waandishi wanaeleza wazi kwamba tafiti za kuongeza kiwango zinahitajika kando.

Utafiti hauonyeshi kuwa %5 mol MACl ndiyo kiwango bora kwa miundo yote ya perovskite.

Utafiti hauonyeshi kimetodolojia kuwa tabaka zote za seli zilitengenezwa kwa uchapishaji; elektrodi ya juu ya MoO₃/Al iliandaliwa kwa uvukizaji wa joto.

Utafiti haukupima moja kwa moja msongamano wa kasoro wa MACl kwa spektroskopia ya kiasi ya kasoro; kupungua kwa kasoro ni tafsiri ya mjadala wa chanzo inayotegemea utendaji na mofolojia.

Utafiti hauhakikishi katika mfululizo huu wa majaribio uaminifu wa kibiashara wa vifaa vya perovskite au muda wao wa maisha chini ya kupinda kwa kimekanika.

Mahitaji ya utafiti wa baadaye yaliyotajwa na utafiti wenyewe

Waandishi wanaona kuwa inahitajika kuboresha zaidi mchakato wa uwekaji, kuchunguza uthabiti wa muda mrefu wa filamu, kutathmini utendaji katika hali tofauti za mazingira na uendeshaji, kuongeza kiwango cha uzalishaji na kuchunguza zaidi ujumuishaji wa filamu na miundo kamili ya vifaa katika tafiti zijazo.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

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

Waandishi: Yerassyl Yerlanuly; Askhat Jumabekov.

Mwandishi wa mawasiliano: Yerassyl Yerlanuly.

Anwani ya barua pepe ya mwandishi wa mawasiliano: yerassyl.yerlanuly@nu.edu.kz

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

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

Jarida: Eurasian Chemico-Technological Journal.

Juzuu / toleo: 28 / 2.

Kurasa: 171–179.

Mwaka: 2026.

DOI: 10.18321/ectj1692.

Tarehe za mchakato wa makala: Ilipokelewa: 13 Februari 2026; toleo lililorekebishwa lilipokelewa: 26 Aprili 2026; ilikubaliwa: 10 Juni 2026. PDF haitaji siku tofauti ya kuchapishwa mtandaoni.

Maelezo ya mchapishaji: PDF inaeleza kuwa makala ilichapishwa na al-Farabi Kazakh National University; Eurasian Chemico-Technological Journal pia inaelezwa kuwa jarida la Institute of Combustion Problems.

Aina ya chanzo: Makala asilia ya utafiti inayojumuisha utengenezaji wa majaribio wa nyenzo za filamu nyembamba, uboreshaji wa mchakato na uchanganuzi wa vifaa vya fotovoltaiki vinavyopindika.

Hali ya mapitio ya kitaalamu: Rekodi ya utafiti ya Nazarbayev University inaainisha kazi hii kama makala ya jarida iliyopitiwa na wataalamu.

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

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

Mgongano wa maslahi: Katika PDF ya kurasa tisa iliyokaguliwa, sehemu tofauti ya tamko la mgongano wa maslahi haikutambuliwa; kwa hiyo hakuna dhana ya nje ya chanzo iliyofanywa kuhusu hali ya mgongano wa maslahi.

Upatikanaji wa data: Katika PDF iliyokaguliwa, tamko tofauti la “Data Availability” halikutambuliwa.

Michango ya waandishi: Katika PDF iliyokaguliwa hakuna sehemu tofauti ya CRediT/michango ya waandishi; pia hakuna tamko linaloonekana la mchango sawa au uandishi mwenza wa kwanza.

Mazingira makuu ya majaribio: Shughuli za uchapishaji zilifanywa katika joto la mazingira la 18–21 °C na unyevunyevu kiasi wa %27–33.

Muundo mkuu wa perovskite: Cs_0.175FA_0.75MA_0.075Pb(I_0.88Br_0.12)₃.

Kiungio kikuu: %5 mol MACl.

Unene mkuu wa filamu: Takriban 300–400 nm katika filamu zilizoboreshwa.

Pengo la nishati ya macho: Takriban 1,55 eV katika chanzo.

PCE bora katika skani ya kurudi nyuma: Rejea %8,04; kifaa chenye MACl %9,72.

Upeo wa takwimu: Chanzo kinasema kuwa tathmini ya takwimu ilifanywa kwa msingi wa vifaa 70 kwa kila hali ya kifaa; hata hivyo, hakiripoti thamani ya p au jaribio tofauti la dhana.

Dokezo la vigezo ndani ya chanzo: Katika maandishi ya mbinu joto la uchapishaji wa perovskite limetolewa kuwa 25–130 °C, ilhali katika Kielelezo 1 cha chanzo 140 °C limeonyeshwa kwa sampuli 3–8. Vivyo hivyo, maandishi ya mbinu yanatoa kiwango cha CS=5–12 cm/dak, lakini katika mfululizo wa SEM/XRD wa MACl pia kuna hali za 3 na 4 cm/dak. Tofauti hizi zimewasilishwa bila kusahihishwa au kufichwa.

Dokezo la istilahi: Ingawa muhtasari wa chanzo una kauli “fully printed flexible devices”, kwa mujibu wa sehemu ya mbinu kontakti ya juu ya MoO₃/Al iliandaliwa kwa uvukizaji wa joto. Kwa hiyo, maelezo ya Verianla yanatofautisha wazi kuwa tabaka tatu za kazi zilichapishwa kwa slot-die, ilhali kontakti ya juu ya metali iliwekwa kwa uvukizaji.

Dokezo la kiyeyushi: Ingawa NMP ipo katika orodha ya nyenzo, maelezo ya kina ya wino wa perovskite na mfululizo wa matokeo yanategemea DMSO; kwa kuwa makala iliyokaguliwa haitoi mfululizo tofauti wa utendaji unaohusu NMP, hakuna hitimisho lililotolewa kuhusu athari ya NMP.