Ин таҳқиқот фаъолияти фотоэлектрикии ҳуҷайраи офтобиро, ки дар он ҷаббандаи перовскити дугонаи ғайриорганикии бе сурб Cs₂AgBi_0,75Sb_0,25Br₆ истифода шудааст, бо симулятсияҳои SCAPS-1D ва модели омӯзиши мошинии Random Forest баррасӣ кардааст. Барои пайдарпаии қабатҳои ITO/ZnO/Cs₂AgBi_0,75Sb_0,25Br₆/CZTSe/Au бо тағйир додани фосилаи энергетикӣ, майли электронӣ, зичии самараноки ҳолатҳо, ҳаракатнокии ҳомилон ва гузаронандагии нисбии диэлектрикии маводи ҷаббанда 3.888 сабти симулятсионӣ сохта шудааст. Модели Random Forest самаранокии табдили қувваро дар маълумоти симулятсионӣ бо R² = 0,99 ва RMSE = 0,0693 пешгӯӣ карда, майли электронӣ ва фосилаи энергетикиро ҳамчун ду хусусияти таъсиргузортарин ҷой додааст. Бо вуҷуди ин, таҳқиқот комилан ададӣ аст, ҳуҷайраи воқеан дар таҷриба сохташударо тасдиқ намекунад ва барои самаранокии ниҳоӣ дар қисматҳои гуногуни матн арзишҳои ба ҳам номувофиқи %26,07, %26,53 ва %26,64 гузориш шудаанд.

Арзёбӣ аз нуқтаи назари Туркия: Равиши таҳқиқот метавонад барои донишгоҳҳо, марказҳои тадқиқотӣ ва гурӯҳҳои технологие, ки дар Туркия бо маводи фотоэлектрикӣ ва ҳуҷайраҳои офтобии қабати тунук кор мекунанд, пеш аз озмоишҳои гаронарзиши истеҳсолӣ ба анҷом додани таҳлили ҳассосият кумак кунад. Барои мутобиқсозӣ ба Туркия параметрҳои истифодашудаи SCAPS бояд бо қабатҳои тунуки таҷрибавӣ калибр карда шаванд, қабатҳои Cs₂AgBi_0,75Sb_0,25Br₆ дар шароити лаборатории маҳаллӣ истеҳсол шаванд, таъсири ҳарорат ва спектри офтоб дар шароити саҳроӣ санҷида шавад, модел бо маълумоти мустақил тасдиқ гардад ва диапазонҳои допинг ва зичии нуқсонҳое, ки воқеан истеҳсолшавандаанд, муайян карда шаванд. Аз ин таҳқиқот самаранокӣ, арзиш, умри хизмат, устувории иқлимӣ ё қобили татбиқи тиҷоратии модулҳои воқеие, ки дар Туркия истеҳсол мешаванд, мустақиман бароварда намешавад.

Саҳми асосии таҳқиқот дар он аст, ки ҳазорон симулятсияи дастгоҳи нимноқил бо омӯзиши мошинӣ таҳлил шуда, муайян карда шудааст, ки кадом хусусиятҳои дохилии мавод ба самаранокӣ таъсири бештар доранд. Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки майли электронӣ %40,85 ва фосилаи энергетикӣ %34,06 аҳамияти нисбӣ доранд. Аммо ин фоизҳо ченаки мустақими сабабияти физикӣ нестанд, балки аҳамияти пешгӯии модели Random Forest дар фазои маълумоти симулятсионии истифодашуда мебошанд.

Саволи асосии таҳқиқот чист?

Таҳқиқот баррасӣ мекунад, ки кадом хусусиятҳои дохилии ҷаббандаи перовскити дугонаи бе сурби Cs₂AgBi_0,75Sb_0,25Br₆ ба самаранокии ҳуҷайраи офтобӣ бештар таъсир мекунанд ва оё маҷмӯи бузурги маълумоти SCAPS-1D-ро бо модели Random Forest зудтар тафсир кардан мумкин аст.

Таҳқиқот аз ду марҳила иборат аст. Дар марҳилаи аввал рафтори электрикии дастгоҳи нимноқил бо SCAPS-1D ҳал шуда, 3.888 таркиби параметрӣ истеҳсол шудааст. Дар марҳилаи дуюм %80-и ин сабтҳо барои омӯзиши модели Random Forest ва %20 барои санҷиш истифода шуда, танзими модел бо санҷиши салибии панҷқисмӣ ва ҷустуҷӯи grid анҷом дода шудааст. Сипас бо истифода аз аҳамияти хусусиятҳо ва таҳлили SHAP тағйирёбандаҳои таъсиргузортарин ба самаранокӣ интихоб шуда, дастгоҳ дар SCAPS-1D аз нав оптимизатсия шудааст.

Ҳуҷайраи офтобии пешниҳодшуда аз кадом қабатҳо иборат аст?

Дар Расми 1 сохтори зерини қабатҳо нишон дода шудааст, ки нур аз тарафи шиша ва контакти пешӣ ворид мешавад:

1. Шиша: Сатҳи шаффофи такягоҳи ҳуҷайра мебошад.
2. ITO: Ҳамчун контакти пешии шаффофи ноқилӣ аз оксиди қалъаи бо индий допингшуда истифода шудааст.
3. ZnO: Қабати интиқоли электрон аст (electron transport layer, ETL).
4. Cs₂AgBi_0,75Sb_0,25Br₆: Қабати перовскити дугонаи бе сурб аст, ки фотонҳоро ҷаббида, дар он ҷуфтҳои электрон-сӯрохӣ ҳосил мешаванд.
5. CZTSe: Қабати интиқоли сӯрохӣ аст (hole transport layer, HTL).
6. Au: Электроди пушти аз тилло сохташуда аст.

Дар қабати ҷаббанда аз энергияи нур ҷуфтҳои электрон-сӯрохӣ ҳосил мешаванд. Ҳадаф ин аст, ки электронҳо ба банди ноқилии ZnO ва сӯрохиҳо ба банди валентии CZTSe интиқол дода шаванд. Барои самаранок будани ин интиқол сатҳҳои энергетикӣ ва офсетҳои бандии қабатҳо аҳамияти муҳим доранд.

Параметрҳои ибтидоии дастгоҳ кадомҳоянд?

Симулятсияҳо дар ҳарорати 300 K, бо спектри нури AM 1.5 ва шиддати шуоъафкании 1.000 W·m⁻² анҷом дода шудаанд. Суръати рекомбинатсия дар сатҳ ё интерфейс барои электронҳо 10⁵ cm·s⁻¹ ва барои сӯрохиҳо 10⁷ cm·s⁻¹ муқаррар шудааст.

SCAPS-1D кадом муодилаҳои физикиро ҳал мекунад?

SCAPS-1D потенсиали электрикӣ, тақсимоти ҳомилон, тавлид, рекомбинатсия ва зичии ҷараёнро дар сохтори нимноқил тавассути муодилаҳои ба ҳам вобаста ҳисоб мекунад.

Муодилаи Пуассон

\[ \frac{d^2\phi(x)}{dx^2} = \frac{q}{\varepsilon_0\varepsilon_r}\left[p(x)-n(x)+N_D-N_A+\rho_p-\rho_n\right] \]

Дар ин ҷо φ(x) потенсиали электрикӣ, q заряди асосии электрӣ, ε₀ доимии диэлектрикии вакуум ва ε_r гузаронандагии нисбии диэлектрикии қабатро нишон медиҳад. p(x) ва n(x) консентратсияҳои сӯрохӣ ва электрон дар тӯли ғафсии қабат мебошанд. N_D ва N_A зичии допинги донор ва акцептор, ρ_p ва ρ_n бошад зичии зарядҳои мусбат ва манфиро ифода мекунанд. Муодила муайян мекунад, ки майдони электрикии дохили ҳуҷайра вобаста ба мавқеъ чӣ гуна тағйир меёбад.

Муодилаҳои пайвастагии электрон ва сӯрохӣ

\[ -\frac{\partial J_n}{\partial x}-U_n+G_n=\frac{\partial n}{\partial t} \]

\[ -\frac{\partial J_p}{\partial x}-U_p+G_p=\frac{\partial p}{\partial t} \]

J_n ва J_p зичии ҷараёни электрон ва сӯрохӣ мебошанд. G_n ва G_p суръати тавлиди ҳомилон зери рӯшноӣ, U_n ва U_p бошад суръати рекомбинатсияро нишон медиҳанд. Ин муодилаҳо мефаҳмонанд, ки шумораи ҳомилон дар минтақаи муайян бо равандҳои ҷараён, тавлид ва талафот чӣ гуна тағйир меёбад.

Муносибатҳои дрейф-диффузия

\[ J_n=q\mu_n n(x)E(x)+qD_n\frac{\partial n}{\partial x} \]

\[ J_p=q\mu_p p(x)E(x)+qD_p\frac{\partial p}{\partial x} \]

μ_n ва μ_p ҳаракатнокии электрон ва сӯрохӣ, D_n ва D_p коэффисиентҳои диффузия, E(x) бошад майдони электрикиро нишон медиҳанд. Ҳади аввал ҷараёни дрейфиро, ки аз майдони электрикӣ ба вуҷуд меояд, ҳади дуюм ҷараёни диффузиониро, ки аз фарқи зичӣ пайдо мешавад, ифода мекунад.

Муносибати диффузия дар матни манбаъ

\[ D_{(n,p)}=\sqrt{\mu_{(n,p)}\frac{kT}{q}\tau_{(n,p)}} \]

Таҳқиқот ин ифодаро ба коэффисиенти диффузия нисбат медиҳад. Аммо ҳосили зарби ҳаракатнокӣ, энергияи гармӣ ва вақти умр дар зери решаи квадратӣ аз ҷиҳати андозагӣ ба муносибати дарозии диффузия мувофиқат мекунад. Аз ин рӯ, рамз ва шарҳи истифодашуда дар манбаъ бо ҳам пурра мувофиқ ба назар намерасанд; ифода бидуни ислоҳи хомӯшона ҳамон тавре оварда шудааст, ки дар таҳқиқот дода шудааст.

Фаъолияти ибтидоӣ чӣ гуна аст?

Дар каҷии оптимизатсиянашудаи зичии ҷараён-шиддати Расми 2 шиддати занҷири кушода V_OC = 1,29 V, зичии ҷараёни кӯтоҳпайваст J_SC = 14,29 mA·cm⁻², омили пуркунӣ FF = %84,11 ва самаранокии табдили қувва η = %15,60 нишон дода шудааст. Графики дохилии ҳамон расм нишон медиҳад, ки самаранокии квантӣ дар дарозии мавҷҳои намоён баланд мемонад, вале дар дарозии мавҷҳои бештар якбора коҳиш меёбад.

Модели Random Forest чӣ гуна кор мекунад?

Дар Расми 3 марҳилаҳои ҷамъоварии маълумот, тозакунӣ, интихоби модел, омӯзиши модел, арзёбӣ ва истеҳсоли пешгӯӣ нишон дода шудаанд. Random Forest аз намунаҳои гуногуни bootstrap-и як маҷмӯи маълумот дарахтони зиёди қарор месозад ва натиҷаҳои ин дарахтонро якҷо мекунад.

\[ f(y)=\frac{1}{m}\sum_{i=1}^{m}f_i(y) \]

Дар ин ҷо m шумораи дарахтони қарор, f_i(y) пешгӯии ҳар дарахт ва f(y) пешгӯии ниҳоиро, ки аз миёнаи ҳамаи дарахтон гирифта мешавад, ифода мекунад. Истифодаи чандин дарахт барои кам кардани хатари аз ҳад мутобиқ шудани як дарахти қарор ба намунаҳои муайяни омӯзишӣ пешбинӣ шудааст.

Дар таҳқиқот фосилаи энергетикӣ, майли электронӣ, ҳаракатнокии электрон ва сӯрохӣ, зичии самараноки ҳолатҳои бандҳои ноқилӣ ва валентӣ ва гузаронандагии диэлектрикӣ ҳамчун хусусиятҳои воридотӣ арзёбӣ шудаанд. Дар байни натиҷаҳои ҳадаф PCE, V_OC, J_SC ва FF мавҷуданд; арзёбии асосии омӯзиши мошинӣ ба пешгӯии PCE равона шудааст.

Дақиқии модел чӣ гуна арзёбӣ шудааст?

Пешгӯии модели Random Forest ва арзишҳои сохтаи SCAPS-1D бо истифода аз коэффисиенти муайянсозии R² ва решаи миёнаи квадратии хатоҳо муқоиса шудаанд.

\[ RMSE=\sqrt{\frac{1}{N}\sum_{i=1}^{N}(y_i-\hat{y}_i)^2} \]

N шумораи умумии маълумот, y_i арзиши SCAPS-1D ва ŷ_i пешгӯии Random Forest-ро нишон медиҳад. Ҳар қадар RMSE хурд бошад, пешгӯии модел ва натиҷаи симулятсия ба ҳам наздиктар мешаванд.

Дар таҳқиқот R² = 0,99 ва RMSE = 0,0693 гузориш шудааст. Воҳиди RMSE ё ин ки PCE ба шакли фоиз ё таносуби рақамӣ коркард шудааст, равшан нишон дода нашудааст. Наздик будани нуқтаҳои графикҳои парокандагии омӯзиш ва санҷиш ба хатти идеалии пешгӯӣ нишон медиҳад, ки модел сабтҳои ҳамин фазои маълумоти SCAPS-1D-ро бо дақиқии баланд бозтавлид карда тавонистааст.

Ин натиҷа маънои онро надорад, ки ҳуҷайраи офтобии физикӣ бо дақиқии %99 пешгӯӣ шудааст. Маълумоти ҳадаф ченакҳои таҷрибавӣ нестанд, балки натиҷаҳои ададие мебошанд, ки ҳамон симулятор тавлид кардааст. Муваффақияти модел асосан муваффақияти омӯзиши робитаи байни параметрҳои симулятсия ва натиҷаи симулятор мебошад.

Кадом хусусиятҳо ба самаранокӣ бештар таъсир кардаанд?

Расми 6 ва Ҷадвали 2 нишон медиҳанд, ки майли электронӣ ва фосилаи энергетикӣ ду тағйирёбандаи бартаридошта дар пешгӯии модел мебошанд. Графики SHAP дар Расми 7 низ ҳамин тартибро дастгирӣ мекунад. Майли электронӣ васеътарин паҳншавии SHAP ва фосилаи энергетикӣ дуюмин паҳншавии васеъро ба вуҷуд овардааст. Ҳаракатнокии ҳомилон бошад, дар диапазонҳои параметрии истифодашуда таъсири пешгӯии маҳдудтар нишон додааст.

Ин арзишҳои аҳамият танҳо барои диапазонҳои интихобшуда ва фарзияҳои дигари собити модел дар ин таҳқиқот амал мекунанд. Кам будани аҳамияти як хусусият маънои онро надорад, ки он дар дастгоҳи воқеӣ аз ҷиҳати физикӣ аҳамият надорад.

Фосилаи энергетикӣ ва майли электронӣ чиро тағйир додаанд?

Майли электронӣ фарқи энергия байни сатҳи вакуум ва ҳадди поёнии банди ноқилиро ифода мекунад. Фосилаи энергетикӣ бошад фарқи энергия байни банди валентӣ ва банди ноқилӣ аст. Ин ду хусусият муайян мекунанд, ки ҷаббанда аз кадом фотонҳо истифода карда метавонад ва сатҳҳои энергетикии он бо қабатҳои ҳамсояи интиқолӣ чӣ гуна мувофиқат мекунанд.

Дар таҳқиқот офсети банди ноқилӣ байни ҷаббанда ва қабати интиқоли электрон чунин муайян шудааст:

\[ CBO=\chi_{\mathrm{abs}}-\chi_{\mathrm{ETL}} \]

χ_abs майли электронии ҷаббанда ва χ_ETL майли электронии қабати интиқоли электрон аст. Тибқи таърифи таҳқиқот CBO-и мусбат ба мувофиқати бандии spike-монанд ва CBO-и манфӣ ба мувофиқати cliff-монанд рост меояд.

Офсети банди валентӣ байни ҷаббанда ва қабати интиқоли сӯрохӣ дар манбаъ чунин дода шудааст:

\[ VBO=(\chi_{\mathrm{HTL}}-E_{g,\mathrm{HTL}})-(\chi_{\mathrm{abs}}+E_{g,\mathrm{abs}}) \]

Дар манбаъ истиноди адабӣ барои ин муодила ҳамчун ҷойнишини ҳалнашудаи “[?]” боқӣ мондааст. Аз ин рӯ, ҳарчанд муодила оварда мешавад, санҷиши истинод танҳо аз рӯи матни худи таҳқиқот имконнопазир аст.

Дар Расми 8 бо зиёд шудани фосилаи энергетикӣ V_OC афзуда, J_SC ва PCE коҳиш ёфтаанд. Афзоиши майли электронӣ махсусан омили пуркуниро баланд кардааст. Матни бахш арзиши баландтарини PCE-ро %19,28 дар шароити E_g = 1,71 eV ва χ = 3,65 eV гузориш мекунад. Аммо дар охири ҳамин бахш майли электронии ҷаббанда 3,65 eV ва фосилаи энергетикӣ 1,75 eV ҳамчун “оптимизатсияшуда” қабул шудааст. Тафовути байни нуқтаи баландтарин ва фосилаи энергетикии ниҳоии интихобшуда равшан асоснок нашудааст.

Таъсири ғафсии ҷаббанда чист?

Ғафсии ҷаббанда аз 0,4 µm то 2 µm тағйир дода шудааст. Бо зиёд шудани ғафсӣ, бинобар ҷаббида шудани нури бештар ва ҳосил шудани ҷуфтҳои бештари электрон-сӯрохӣ, афзоиши нишондиҳандаҳои фотоэлектрикӣ гузориш шудааст.

• V_OC тақрибан аз 1,32 V то 1,36 V афзудааст.
• J_SC тақрибан аз 16 mA·cm⁻² то 21,2 mA·cm⁻² баланд шудааст.
• FF тақрибан аз %82 то %86 афзудааст.
• PCE дар Расми 9a бо зиёд шудани ғафсӣ тамоюли болоравиро нишон додааст.

Қабати ғафстар метавонад нури бештарро ҷаббида кунад; аммо таҳқиқот шиддатҳои аз истеҳсол ба вуҷудомада, нуқсонҳои кристаллӣ, муқовимати пайдарпай, истеъмоли мавод ё мушкилоти якхелагии таҷрибавӣ дар қабатҳои ғафсро модел накардааст.

Зичии акцептор самаранокиро чӣ гуна тағйир додааст?

Зичии акцептории қабати ҷаббанда дар диапазони 10¹⁵–10²⁰ cm⁻³ санҷида шудааст. Бо зиёд шудани зичии акцептор V_OC аз 1,32 V то 1,53 V баланд шуда, J_SC коҳиш ёфтааст. FF аввал паст шуда, баъдан афзуда то %91,53 расидааст.

PCE дар диапазони 10¹⁵–10¹⁷ cm⁻³ аввал коҳиш ёфта; дар зичиҳои аз 10¹⁸ cm⁻³ боло ба таври назаррас афзуда, дар 10²⁰ cm⁻³ тақрибан ба %26 расидааст. Муаллифон ҳамчунин қайд кардаанд, ки сатҳҳои хеле баланди допинг метавонанд барои ҳаракати ҳомилон ва раванди истеҳсол мушкил эҷод кунанд.

Чаро зичии нуқсонҳо муҳим аст?

Зичии нуқсонҳои ҷаббанда N_t = 10¹⁰–10²⁰ cm⁻³ тағйир дода шудааст. Расми 10 нишон медиҳад, ки ҳангоми паст будани зичии нуқсонҳо самаранокӣ баланд мемонад; баъд аз тақрибан 10¹⁵ cm⁻³ V_OC, J_SC, FF ва PCE босуръат коҳиш меёбанд. Сабаб он аст, ки сатҳҳои нуқсон ҳомилонро ба дом меандозанд, рекомбинатсияи тавассути домҳоро зиёд мекунанд ва дарозии диффузияи ҳомилонро кам мекунанд.

Дар таҳқиқот барои зичии нуқсонҳои 10¹⁰ cm⁻³ J_SC = 16,8 mA·cm⁻², V_OC = 1,68 V, FF = %92,04 ва PCE = %26,07 дода шудааст. Матн инчунин эътироф мекунад, ки ба чунин зичии пасти нуқсонҳо дар таҷриба расидан душвор аст.

Дар бахши зичии нуқсонҳо ҷумлае ҳаст, ки маънояш “афзоиши рекомбинатсияи тавассути домҳо боиси афзоиши муҳими самаранокӣ шуд” мебошад. Аммо Расми 10 ва шарҳи умумии физикии бахш нишон медиҳанд, ки бо афзоиши зичии нуқсонҳо ва рекомбинатсия самаранокӣ коҳиш меёбад. Ин ҷумла номувофиқии муҳими баён дар дохили манбаъ аст.

Таъсири ҳарорат чист?

Ҳарорати корӣ аз 250 K то 400 K тағйир дода шудааст. Бо зиёд шудани ҳарорат V_OC аз 1,70 V то 1,60 V, FF аз %92,61 то %89,74 ва PCE аз %26,53 то %24,22 коҳиш ёфтааст. J_SC аз 16,81 то 16,80 mA·cm⁻² тағйироти хеле хурд нишон додааст.

Матн ин тағйиротро ҳамчун “J_SC афзудааст” тавсиф мекунад; аммо рақамҳои додашуда коҳиши хурд аз 16,81 то 16,80-ро нишон медиҳанд. Талафоти асосии самаранокӣ ба кам шудани V_OC ва FF дар натиҷаи афзоиши ҷараёни сершавӣ ва рекомбинатсия бо ҳарорат нисбат дода шудааст.

Самаранокии табдили қувва чӣ гуна ҳисоб мешавад?

\[ PCE=\frac{V_{\mathrm{OC}}\times J_{\mathrm{SC}}\times FF}{P_{\mathrm{in}}} \]

V_OC шиддати занҷири кушодаро бо воҳиди volt, J_SC зичии ҷараёни кӯтоҳпайвастро бо mA·cm⁻², FF омили пуркунӣ ва P_in зичии қувваи оптикии воридшаванда ба ҳуҷайраро нишон медиҳад. Агар FF бо фоиз дода шавад, пеш аз истифода дар муодила бояд ба 100 тақсим карда, ба арзиши даҳӣ табдил дода шавад.

Чаро фаъолияти ниҳоии оптимизатсияшуда як арзиши ягона нест?

Дар қисматҳои гуногуни таҳқиқот натиҷаҳои аз ҳам фарқкунанда оварда шудаанд:

Ин арзишҳоро набояд ҳамчун натиҷаҳои як маҷмӯи умумии параметрҳо пешниҳод кард. Арзиши %26,64 дар хулосаи кӯтоҳ, арзиши Расми 12 яъне %26,53 ва %26,07 дар бахши зичии нуқсонҳо метавонанд марҳилаҳои гуногуни оптимизатсия ё номувофиқиҳои дохили матнро ифода кунанд; таҳқиқот онҳоро ба қадри кофӣ равшан ҷудо намекунад.

Барои майли электронӣ низ дар бахши 4.1 арзиши 3,65 eV ва дар бахши натиҷа 3,69 eV пешниҳод шудааст. Барои фосилаи энергетикӣ нуқтаи баландтарини PCE ҳамчун 1,71 eV шарҳ дода шудааст, аммо дар ҳамон бахш 1,75 eV ва дар натиҷа камтар аз 1,76 eV тавсия мешавад. Аз ин рӯ, пеш аз истифодаи таҳқиқот ҳамчун дастури тарҳи таҷрибавӣ маҷмӯи параметрҳо бояд аз ҷониби муаллифон равшан карда шавад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Модели Random Forest арзишҳои PCE-и тавлидшудаи SCAPS-1D-ро дар ҳамон фазои параметрҳои симулятсионӣ бо дақиқии баланд пешгӯӣ кардааст.
• Майли электронӣ ва фосилаи энергетикӣ дар модели истифодашуда баландтарин аҳамияти хусусиятҳоро доштаанд.
• Зиёд кардани ғафсии ҷаббанда дар диапазони санҷидашуда ҷабби нури бештар ва арзиши баландтари J_SC-ро ба вуҷуд овардааст.
• Зичии хеле пасти нуқсонҳо дар модел бо рекомбинатсияи камтар ва фаъолияти фотоэлектрикии баландтар алоқаманд будааст.
• Бо баланд шудани ҳарорати корӣ V_OC, FF ва PCE коҳиш ёфтаанд.
• Истифодаи якҷояи SCAPS-1D ва омӯзиши мошинӣ метавонад афзалиятбандии ҷустуҷӯҳои васеи параметриро осон кунад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот исбот намекунад

• Самаранокии зиёда аз %26 дар ҳуҷайраи офтобии таҷрибавӣ чен нашудааст.
• Истеҳсолшаванда будани сохтори қабатҳои пешниҳодшудаи Cs₂AgBi_0,75Sb_0,25Br₆ нишон дода нашудааст.
• Устувории ҳуҷайра нисбат ба намӣ, оксиген, рӯшноӣ, давраҳои ҳароратӣ ва кори дарозмуддат арзёбӣ нашудааст.
• Умумисозии модели Random Forest ба маълумоти воқеии лабораторӣ исбот нашудааст.
• Дар истеҳсоли амалӣ ба параметрҳои идеалӣ, аз ҷумла допинги баланд ва зичии нуқсонҳои 10¹⁰ cm⁻³, расидан мумкин буданаш нишон дода нашудааст.
• Бе сурб будан худ аз худ исбот намекунад, ки тамоми дастгоҳ аз ҷиҳати токсикологӣ ё экологӣ бе хатар аст.
• Миқёси модул, пайвастҳои силсилавӣ, инкапсулятсия, арзиши истеҳсол ва самаранокии саҳроӣ модел карда нашудаанд.

Аҳамияти таҳқиқот аз нигоҳи гузашта, имрӯз ва оянда

Дар гузашта оптимизатсияи ҳуҷайраҳои офтобӣ бештар бо иваз кардани як ё чанд параметр ба навбат анҷом дода мешуд, дар ҳоле ки ин таҳқиқот равиши арзёбии якҷояи шумораи зиёди натиҷаҳои симулятсия бо омӯзиши мошиниро истифода кардааст. Саҳми имрӯзаи он нишон додани он аст, ки дар тарҳҳои перовскити дугонаи бе сурб ба кадом минтақаҳои фазои васеи параметрӣ афзалият додан мумкин аст.

Барои он ки ин равиш дар оянда арзиши илмии бештар пайдо кунад, натиҷаҳои симулятор бояд бо ченакҳои воқеии мавод калибр карда шаванд, бо ҳуҷайраҳои дар таҷриба сохташуда тасдиқи беруна анҷом дода шавад, диапазонҳои номуайянӣ гузориш шаванд ва зиддиятҳои маҷмӯи параметрҳои ниҳоӣ бартараф гарданд. Омӯзиши мошинӣ дар ин ҷо далели ҷойгузини таҷриба нест, балки воситаи пешакии ҷудокуниест, ки метавонад тадқиқоти таҷрибавиро роҳнамоӣ кунад.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Хулосаи техникии тарҳи таҳқиқот

Маҳдудиятҳои асосии модел ва маълумот

• 3.888 сабт аз симулятсияҳои SCAPS-1D гирифта шудаанд; маълумоти ҳадафи мустақили таҷрибавӣ истифода нашудааст.
• Барои Random Forest шумораи дарахтҳо, шумораи хусусиятҳо дар ҳар гиреҳ, умқи максималӣ ва гиперпараметрҳои ниҳоии интихобшуда муфассал гузориш нашудаанд.
• Маҷмӯи маълумоти хом, коди омӯзиш ва файли модел дар таҳқиқоти боршуда мубодила нашудаанд.
• Дар матн гуфта мешавад, ки зичии ҳолатҳои CB, зичии ҳолатҳои VB, ҳаракатнокии сӯрохӣ ва ҳаракатнокии электрон хориҷ шудаанд; фавран баъд аз он гуфта мешавад, ки “се хусусият хориҷ карда шуд”. Чор хусусияти номбаршуда бо шумораи гузоришшуда мувофиқат намекунад.
• Пас аз хориҷ кардани хусусиятҳо сабтҳое, ки арзишҳои якхелаи воридотӣ доранд, вале метавонанд ҳадафҳои гуногун дошта бошанд, дар ҷараёни тақсимоти маълумот чӣ гуна тақсим шудаанд, шарҳ дода нашудааст.
• Гуфта нашудааст, ки маҷмӯаҳои омӯзиш ва санҷиш дорои такрорҳо ё таркибҳои якхелаи хусусиятҳои коҳишёфта ҳастанд ё не.
• Муваффақияти модел танҳо дар дохили тақсимоти маълумоти симулятсионӣ арзёбӣ шудааст; бо симулятори дигар ё маълумоти таҷрибавӣ тасдиқи беруна анҷом дода нашудааст.

Паёмҳои асосии графикҳо

• Расми 1: Меъмории дастгоҳро нишон медиҳад, ки нур аз тарафи шиша ва ITO ворид шуда, қабатҳои ZnO, перовскити дугона, CZTSe ва Au болои ҳам ҷойгир шудаанд.
• Расми 2: Нишон медиҳад, ки дастгоҳи оптимизатсиянашуда самаранокии %15,60 дорад ва ҷараён баъд аз тақрибан 1,2 V босуръат коҳиш меёбад.
• Расми 3: Раванди омӯзиши мошиниро аз тозакунии маълумот, интихоби модел, омӯзиш, арзёбӣ ва пешгӯӣ нишон медиҳад.
• Расми 4: Мантиқи Random Forest-ро нишон медиҳад, ки аз як маҷмӯи маълумот дарахтони гуногуни қарор сохта шуда, пешгӯиҳои онҳо миёна карда мешаванд.
• Расми 5: Нишон медиҳад, ки пешгӯиҳои омӯзиш ва санҷиш дар атрофи хатти идеалӣ ҷамъ шудаанд. Дар сарлавҳаи расм иштибоҳан ибораи схемаи дастгоҳ истифода шудааст.
• Расми 6: Гарчанде сарлавҳааш истифодаи умумии омӯзиши мошиниро ифода мекунад, тасвир дар асл коррелятсияи параметрҳои воридотӣ бо PCE-ро нишон медиҳад.
• Расми 7: Нишон медиҳад, ки майли электронӣ ва фосилаи энергетикӣ васеътарин таъсири SHAP доранд.
• Расми 8: Нишон медиҳад, ки бо зиёд шудани фосилаи энергетикӣ V_OC баланд шуда, J_SC ва PCE коҳиш меёбанд; майли электронӣ махсусан ба FF таъсир мерасонад.
• Расми 9: Нишон медиҳад, ки зиёд кардани ғафсии ҷаббанда самаранокиро баланд мекунад, зичии акцептор бошад ба V_OC, J_SC ва FF дар самтҳои гуногун таъсир мерасонад.
• Расми 10: Нишон медиҳад, ки бо зиёд шудани зичии нуқсонҳо ҳамаи параметрҳои фотоэлектрикӣ, махсусан дар минтақаи зичии баланди нуқсонҳо, назаррас паст мешаванд.
• Расми 11: Нишон медиҳад, ки афзоиши ҳарорат PCE, V_OC ва FF-ро кам мекунад, дар ҳоле ки J_SC тақрибан доимӣ мемонад.
• Расми 12: Дар каҷии ҳамчун оптимизатсияшуда пешниҳодшуда арзишҳои V_OC = 1,70 V, J_SC = 16,81 mA·cm⁻², FF = %92,16 ва PCE = %26,53-ро медиҳад.

Тафсири техникии мувофиқ барои нашри натиҷаҳо

Таҳқиқот нишон медиҳад, ки омӯзиши мошинӣ метавонад барои ҷамъбаст кардани маҷмӯи бузурги маълумоте, ки симулятори физикабунёд тавлид мекунад, ва интихоби параметрҳои афзалиятнок истифода шавад. Натиҷаи қавитарин он аст, ки модели Random Forest майли электронӣ ва фосилаи энергетикиро дар пешгӯии самаранокӣ дар ҷойҳои аввал қарор додааст.

Бо вуҷуди ин, самаранокии зиёда аз %26 набояд ҳамчун муваффақияти таҷрибавӣ пешниҳод шавад. Инҳо натиҷаҳои SCAPS-1D мебошанд, ки дар зери параметрҳои идеализатсияшудаи воридотӣ, зичии пасти нуқсонҳо ва фарзияҳои муайяни интерфейс ба даст омадаанд. То бартараф шудани номувофиқиҳои параметрҳои ниҳоӣ ва самаранокӣ дар таҳқиқот, ташаккул додани як дастури ягонаи дастгоҳи оптимизатсияшуда имконнопазир аст.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот:Machine Learning–Based Optimization of Photovoltaic Performance in Lead-Free Inorganic Perovskite Solar Cells

Муаллифон ва тартиби онҳо: Prithick Saha; Sangeeta Singh; Sanjib Bhattachary.

Маълумот дар бораи муаллифи якуми муштарак ё саҳми баробар: Дар таҳқиқот вуҷуд надорад.

Муаллифи масъул: Prithick Saha.

Пайвандҳои муассисавӣ:

1. Electronics and Communication, Dream Institute of Technology, Kolkata, West Bengal, Hindistan.
2. Electronics and Communication, National Institute of Technology Patna, Bihar, Hindistan.
3. UGC-MMTTC (Physics), University of North Bengal, Siliguri, West Bengal, Hindistan.

DOI: 10.2139/ssrn.7201954.

Маҷалла: Номи маҷаллаи тақризшуда ё версияи қабулшудаи маҷаллавӣ тасдиқ нашудааст.

Платформаи нашр: SSRN.

Ношири аслӣ: Мавҷуд нест. SSRN платформаи мубодилаи preprint ва таҳқиқоти марҳилаи ибтидоӣ мебошад; онро набояд ҳамчун маҷаллаи илмии тақризшуда ё ношири аслӣ арзёбӣ кард.

Соҳиби платформа: Elsevier Inc.

Соли нашр: 2026.

Навъи манбаъ: Preprint, ки симулятсияи дастгоҳи нимноқил ва моделсозии омӯзиши мошиниро дар бар мегирад.

Ҳолати тақриз: Ин таҳқиқот preprint-и аз тақриз нагузашта аст; натиҷаҳо бояд бо дарназардошти ҳамин маҳдудият хонда шаванд.

Пайванди расмии манбаъ:https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=7201954

Ин шарҳи тоҷикӣ бо баррасии пурраи таҳқиқоти боршуда, муодилаҳо, ду ҷадвал ва дувоздаҳ расми он омода шудааст. Мазмуни илмӣ танҳо ба усул, симулятсия ва натиҷаҳои дар таҳқиқот пешниҳодшуда асос ёфта, аз манбаъҳои беруна ягон натиҷаи нави фотоэлектрикӣ илова нашудааст. Санҷиши беруна танҳо барои тасдиқи DOI, платформа ва ҳолати нашр истифода шудааст.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот инҳоянд: натиҷаҳо таҷрибавӣ нестанд ва ба симулятсия асос доранд; модел танҳо бо маълумоти SCAPS-1D омӯзонида шудааст; бо дастгоҳи воқеӣ тасдиқи беруна анҷом дода нашудааст; маълумоти хом ва код пешниҳод нашудаанд; гиперпараметрҳои Random Forest нопурра гузориш шудаанд; зичии идеализатсияшудаи пасти нуқсонҳо истифода шудааст; дар матн оид ба самаранокии ниҳоӣ ва параметрҳои оптималӣ зиддиятҳо мавҷуданд.

Таҳқиқот далели истеҳсоли ҳуҷайраи воқеӣ, ченкунии лабораторӣ, модули прототипӣ, санҷиши саҳроӣ, устувории дарозмуддат ё қобили татбиқи тиҷоратиро пешниҳод намекунад. Самаранокии табдили қувва дар сатҳи %26, ки гузориш шудааст, танҳо натиҷаҳои модели ададӣ мебошанд.