Пӯшиши slot-die усули миқёспазири истеҳсоли плёнкаи тунук мебошад, ки интиқоли сиёҳии моеъро аз сӯрохии борик бо суръати ҷараёни назоратшаванда ба рӯи такягоҳи ҳаракаткунанда ҳамчун плёнкаи пайваста таъмин мекунад. Ин таҳқиқот чопи slot-die-и плёнкаҳои перовскитии катионҳои омехта ва галогенидҳои омехтаи таркиби Cs_0.175FA_0.75MA_0.075Pb(I_0.88Br_0.12)₃-ро аз рӯи суръати ҷараёни сиёҳӣ, суръати пӯшиш, ҳарорати такягоҳ ва фосилаи пӯшиш оптимизатсия намуда, сипас таъсири %5 mol хлориди метиламмоний (MACl)-ро ба кристаллшавӣ ва кори ҳуҷайраи офтобии чандир омӯхтааст. Плёнкаҳои оптимизатсияшуда ғафсии тақрибан 300–400 nm, микросохтори зич ва пайваста, оғози ҷаббиш дар ҳудуди 750–800 nm ва фосилаи манъшудаи оптикии тақрибан 1,55 eV нишон додаанд. Дар ҳуҷайраҳои чандири дорои MACl беҳтарин самаранокии табдили қувва дар скани баръакс ба %9,72 расид, дар ҳоле ки ин қимат барои дастгоҳи истинодӣ %8,04 буд. Бо вуҷуди ин, таҳқиқот устувории дарозмуддат, миқёспазирӣ ба масоҳати калон ва тобоварӣ дар шароити воқеии истифодаро тасдиқ намекунад.

Маҳлули прекурсори перовскит бо консентратсияи 1,4 M омода шуда, ҳамчун ҳалкунандаи асосӣ диметилсулфоксиди беоб (DMSO) истифода шудааст. Дар ташаккули плёнкаҳо марҳилаи хушккунии тезонидашуда бо корди ҳавоӣ истифода нашуда; хушкшавӣ ва кристаллшавӣ тавассути мизи гармшудаи дастгоҳи slot-die анҷом дода шудааст. Манбаъ дар оптимизатсияи аввалини чоп намунаҳои 4, 5, 7 ва 8-ро ҳамчун намунаҳои дорои баландтарин якхелагии визуалӣ ва пӯшиши сатҳ интихоб кардааст; дар ченкуниҳои UV–Vis намунаи 8 баландтарин ҷаббишро нишон додааст.

Иловаи %5 mol MACl, тибқи тафсири муҳаққиқон, кристаллшавиро танзим карда, пайвастагии байни донаҳоро тақвият дода ва такрорпазирии истеҳсоли плёнкаро беҳтар кардааст. Натиҷаҳои дифраксияи рентгенӣ нишон додаанд, ки иловаи MACl дар шароити омӯхташуда фазаи нави дуюмдараҷаи қобили ошкорро ба вуҷуд наовардааст ва сохтори асосии кристаллии перовскит нигоҳ дошта шудааст. Дар дастгоҳҳои фотоэлектрикӣ тағйироти барҷастатарин дар зичии ҷараёни кӯтоҳпайваст мушоҳида шудааст; беҳтарин қимати J_SC дар скани баръакс аз 12,91 mA/cm² то 15,01 mA/cm² афзудааст. Шиддати занҷири кушода бошад, хеле камтар тағйир ёфтааст.

Дар ин таҳқиқот плёнкаи перовскит чист?

Қабати фаъоли ҷаббандаи рӯшноии таҳқиқот перовскити галогениди сурб бо катионҳои омехта ва галогенидҳои омехтаи таркиби Cs_0.175FA_0.75MA_0.075Pb(I_0.88Br_0.12)₃ мебошад. Дар ин ҷо Cs сезий, FA формамидиний, MA метиламмоний, Pb сурб, I йодид ва Br бромидро ифода мекунад.

Сабаби “катионҳои омехта” номида шудан истифодаи якҷояи Cs, FA ва MA ба ҷойи як ҷузъи ягонаи навъи A мебошад. Ибораи “галогенидҳои омехта” бошад, мавҷудияти ҳамзамони йодид ва бромидро дар тарафи анион, на танҳо йодидро, ифода мекунад. Манбаъ ин таркибро ба формулаи қаблан гузоришшуда асос медиҳад ва саҳми асосии таҳқиқотро дар оптимизатсияи раванди чопи slot-die-и ин мавод ва кристаллшавии бо MACl дастгиришуда мебинад.

Пӯшиши Slot-Die Чист ва Дар Ин Таҳқиқот Кадом Тағйирёбандаҳо Назорат Шуданд?

Пӯшиши slot-die усули истеҳсоли плёнкаи пайваста мебошад, ки дар он сиёҳии перовскит бо суръати ҷараёни назоратшавандаи насос ба сари пӯшиш фиристода шуда, аз сӯрохии борик ба такягоҳи ҳаракаткунанда ва ҳарораташ назоратшаванда интиқол меёбад; дар ин таҳқиқот тағйирёбандаҳои асосии назоратӣ суръати ҷараёни насос PR, суръати ҳаракати пӯшиш/мизи CS, ҳарорати миз T_c ва равзанаи пӯшиш CW мебошанд.

PR: суръати ҷараёни насос

PR (pump rate) ҳаҷми моеъест, ки дар як дақиқа ба сари пӯшиш фиристода мешавад ва бо воҳиди µL/дақ дода шудааст. Суръати ҷараён муайян мекунад, ки дар як воҳиди вақт чӣ қадар маҳлули прекурсори перовскит ба система дода мешавад. Аммо ғафсии ниҳоии плёнка танҳо ба PR вобаста нест; суръати ҳаракат, ҳарорати такягоҳ, бухоршавии ҳалкунанда ва геометрияи пӯшиш низ ба ташаккули плёнка якҷоя таъсир мерасонанд.

CS: суръати пӯшиш

CS (chuck speed/coating speed) суръати гузаштани такягоҳро аз зери сари slot-die ифода мекунад ва бо cm/дақ дода шудааст. Дар таҷрибаҳои MACl манбаъ хабар медиҳад, ки бо афзоиши суръати пӯшиш ғафсии плёнка ба таври якмаром кам шудааст. Муҳаққиқон ин натиҷаро ба кам шудани миқдори маводи ба воҳиди масоҳат интиқолёбанда дар суръати баланд нисбат додаанд.

T_c: ҳарорати такягоҳ/миз

T_c ҳарорати мизи гармшудаест, ки такягоҳ ҳангоми пӯшиш рӯи он ҷойгир мешавад. Яке аз хусусиятҳои муҳими таҳқиқот он аст, ки дар ташаккули плёнка хушккунӣ бо корди ҳавоӣ истифода нашуда ва кристаллшавӣ аз ҷониби мизи гармшуда дастгирӣ шудааст. Ҳамин тариқ, хориҷшавии ҳалкунанда ва динамикаи кристаллшавӣ бевосита аз шароити гармии ҳангоми чоп татбиқшуда таъсир мегиранд.

CW: равзанаи пӯшиш

CW (coating window) дар манбаъ ҳамчун масофаи байни shim ва сатҳи такягоҳ муайян шудааст. Дар таҷрибаҳои пӯшиши таҳқиқот ин масофа дар доираи 0,1–0,2 mm тағйир дода шудааст. Ин параметри геометрӣ яке аз омилҳое мебошад, ки шароити физикии мениски моеъ ва минтақаи пӯшишро байни сари slot-die ва такягоҳ муайян мекунад.

Ҳашт шарти ибтидоии чоп дар Расми 1-и манбаъ

Фарқи параметрҳо дар дохили манбаъ: матни усул ҳарорати тағйирёбандаи чопи перовскитро 25–130 °C гузориш медиҳад; аммо дар Расми 1-и манбаъ барои намунаҳои 3–8 нишонаи 140 °C мавҷуд аст. Verianla ҳеҷ яке аз ин қиматҳоро пинҳонӣ тағйир намедиҳад ва ду маълумотро ҳамчун сабтҳои алоҳидаи манбаъ нигоҳ медорад.

Чаро плёнка бо ғафсии 300–400 nm арзёбӣ шуд?

Ченкуниҳои профилометр нишон додаанд, ки ғафсии миёнаи плёнкаи перовскит дар намунаҳои интихобшудаи оптимизатсияшуда тақрибан дар доираи 300–400 nm аст. Манбаъ ин диапазонро аз нигоҳи тавозуни байни ҷаббиши кофии рӯшноӣ ва хориҷкунии самараноки фотозарядҳо мувофиқ мешуморад.

Нанометр як миллиард ҳиссаи метр аст. 300 nm = 3×10⁻⁷ m, 400 nm = 4×10⁻⁷ m. Аз ин рӯ, қабати мавриди назар плёнкаи нимноқилест, ки аз мӯи инсон хеле тунук аст.

Микроскопияи оптикӣ чӣ нишон дод?

Дар тасвирҳои микроскопияи оптикӣ гузориш шудааст, ки қабатҳои перовскит микросохтори зич ва пайваста ташкил кардаанд; сарҳадҳои равшани донаҳо ва минтақаҳои кристаллии дар самти радиалӣ рушдкарда мавҷуданд. Андозаи дона, равшании сарҳадҳои дона ва якхелагии минтақавӣ байни намунаҳо фарқ мекунад. Муҳаққиқон ин фарқҳоро ба тағйир додани динамикаи ҳастаёбӣ ва афзоиши кристалл аз ҷониби параметрҳои чоп нисбат медиҳанд.

Дар ин ҷо “дона” кристалл ё минтақаи кристаллии алоҳида дар дохили плёнкаро ифода мекунад. Пайвастагии хуби донаҳо барои интиқоли зарядҳои электрӣ дар тӯли плёнка муҳим аст; аммо танҳо тасвири микроскопӣ умри интиқолдиҳанда ё зичии нуқсонҳоро мустақилона ба таври миқдорӣ чен намекунад.

Фосилаи Манъшудаи 1,55 eV ва Оғози Ҷаббиш дар 750–800 nm Чӣ Маъно Дорад?

Плёнкаҳои перовскитии таҳқиқот дар минтақаи 750–800 nm оғози равшани ҷаббиши оптикиро нишон додаанд ва манбаъ барои ин плёнкаҳо фосилаи манъшудаи оптикии тақрибан 1,55 eV гузориш додааст; фосилаи манъшуда миқёси хоси энергияеро ифода мекунад, ки барои барангехтани электронҳо аз банди валентӣ ба банди ноқилӣ дар нимноқил зарур аст.

eV (электронволт) воҳидест, ки барои ифодаи энергия дар миқёси микроскопӣ истифода мешавад. Муносибати асосии байни дарозии мавҷ ва энергияи фотон барои мақсади таълимӣ:

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

мебошад. Барои минтақаи намоён ва инфрасурхи наздик ин муносибат тақрибан:

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

навишта мешавад. Масалан, 800 nm ба энергияи фотонии тақрибан 1,55 eV мувофиқ аст. Ин ҳисоб дар мақолаи манбаъ ҳамчун муодилаи алоҳидаи муайян кардани фосилаи манъшуда дода нашудааст; он танҳо муносибати умумии фотонист, ки пайванди физикии байни канори ҷаббиши 750–800 nm ва миқёси энергетикии гузоришшудаи 1,55 eV-ро шарҳ медиҳад. Таҳқиқот дар матни намоён графики алоҳидаи Tauc ё тартиби муфассали мутобиқкунии фосилаи манъшударо гузориш намекунад.

Натиҷаҳои UV–Vis байни намунаҳо чӣ гуна тағйир ёфтанд?

Дар Расми 4-и манбаъ спектрҳои ҷаббиши намунаҳои 4, 5, 7 ва 8 дар доираи 300–800 nm муқоиса шудаанд. Намунаи 4 дар тамоми диапазони спектрии омӯхташуда пасттарин, намунаи 8 баландтарин ҷаббишро нишон додааст; намунаҳои 5 ва 7 дар сатҳҳои миёна мондаанд.

Манбаъ ҷаббиши баланди намунаи 8-ро ба ғафсии оптимизатсияшудаи плёнка ва якхелагии беҳтари микросохтор нисбат медиҳад. Ин гуфта тафсири механистии муаллифон аст; таҳқиқот сабабиятро танҳо аз рӯи каҷи ҷаббиш қатъиян исбот намекунад.

MACl Дар Ин Таҳқиқот Чӣ Нақш Бозид?

%5 mol хлориди метиламмоний (MACl) ба прекурсори перовскит ҳамчун иловаи танзимкунандаи кристаллшавӣ ворид шудааст; тибқи натиҷаҳои манбаъ, дар суръатҳои мувофиқи чоп пайвастагии байни донаҳо ва пайвастагии плёнкаро беҳтар карда, дар ченкуниҳои XRD фазаи нави дуюмдараҷаи қобили ошкорро ба вуҷуд наовардааст.

Чаро %5 mol MACl?

Таҳқиқот сатҳи %5 mol MACl-ро бо гузаронидани скани васеи консентратсия дар дохили худ муайян накардааст. Муаллифон ин таносубро бар асоси гузоришҳои таҳқиқоти қаблӣ интихоб кардаанд, ки консентратсияҳои пасти MACl метавонанд кристаллшавиро танзим, морфологияро беҳтар ва тозагии фазавиро нигоҳ доранд.

Аз ин рӯ, таҳқиқот хулосаи “консентратсияи универсалии оптималии MACl %5 аст”-ро дастгирӣ намекунад. Сатҳи иловагие, ки дар ин таҳқиқот санҷида ва дар истеҳсоли дастгоҳ истифода шудааст, %5 mol мебошад.

Бо афзоиши суръати пӯшиш тасвирҳои SEM чӣ нишон доданд?

Тасвирҳои SEM аз боло барои плёнкаҳои дорои MACl дар суръатҳои пӯшиши 3, 4, 5, 6 ва 7 cm/дақ муқоиса шудаанд. Дар суръатҳои пасттар сохтори фишурда, донаҳои хуб пайвастшуда ва холигиҳои камтари байнидонагӣ мушоҳида шудаанд. Бо афзоиши суръати пӯшиш зиёд шудани тарқишҳо ва васеъшавии сарҳадҳои дона гузориш шудааст.

Муҳаққиқон инро бо тезтар хориҷ шудани ҳалкунанда ва кам шудани вақти дастрас барои бозтанзимшавии кристаллҳо ва якҷояшавии донаҳо шарҳ медиҳанд. Ин механизм тафсири муҳокимаи манбаъ мебошад.

Дар тасвирҳои SEM-и буришӣ бошад, гузориш шудааст, ки бо афзоиши суръати пӯшиш ғафсии плёнка ба таври якмаром кам шудааст. Манбаъ инро ба он нисбат медиҳад, ки дар суръати баланд ба воҳиди масоҳат маводи камтар гузошта мешавад.

Ёддошти доираи параметрҳо дар дохили манбаъ: параграфи умумии усул барои CS диапазони 5–12 cm/дақ медиҳад, дар ҳоле ки дар тасвирҳои SEM ва XRD-и силсилаи MACl шароити 3 ва 4 cm/дақ низ мавҷуд аст. Манбаъ муносибати ин диапазони васеъшудаи суръатро бо ҳадди дар параграфи усул зикршуда алоҳида шарҳ намедиҳад.

XRD чиро чен мекунад?

Дифраксияи рентгенӣ (XRD) усули тавсифӣ мебошад, ки тавассути дифраксия/парокандашавии нурҳои рентгенӣ аз ҳамвориҳои атомии мунтазами кристалл дар кунҷҳои муайян маълумот дар бораи сохтори кристалл ва фаза медиҳад. Мавқеи қуллаҳо дар намунаи XRD метавонад бо шабакаи кристаллӣ, шиддати қуллаҳо бошад бо якчанд омил, аз ҷумла миқдори фаза, ғафсии плёнка ва самтгирии афзалиятнок алоқаманд бошад.

Манбаъ дар перовскитҳои дорои MACl қуллаҳои дифраксионии индексшуда бо ҳамвориҳои (100), (110), (111), (200), (210), (211), (220) ва (300)-ро гузориш дода, сохторро бо шабакаи тетрагоналии перовскит алоқаманд мекунад.

Ҳангоми тағйир ёфтани суръати пӯшиш қуллаи нави равшан ё кӯчиши мавқеи қулла мушоҳида нашудааст. Муҳаққиқон инро чунин тафсир кардаанд, ки тағйироти суръати омӯхташуда параметрҳои шабака ё таркиби фазавиро ба таври назаррас тағйир надодаанд. Фарқҳои хурди шиддати қуллаҳо бошад, бо ғафсии плёнка ва самтгирии афзалиятноки кристаллӣ алоқаманд карда шудаанд.

Дар Расми 7-и манбаъ намунаи истинодии бе MACl ҳамчун CS=6 cm/дақ нишонгузорӣ шуда, бо намунаҳои дорои MACl дар 3–7 cm/дақ муқоиса шудааст. Намунаҳои XRD тафсиреро дастгирӣ мекунанд, ки иловаи MACl метавонад сохтори перовскитро нигоҳ дошта, ҳамчун иловаи кристаллшавӣ амал кунад.

Ибораи “тозагии фаза нигоҳ дошта шуд” то чӣ андоза қавӣ аст?

Манбаъ хабар медиҳад, ки дар шароити ченкунии XRD-и омӯхташуда қуллаҳои фазаи дуюмдараҷаи қобили ошкор пайдо нашудаанд. Ин натиҷа маънои онро надорад, ки “дар мавод дар миқёси атомӣ ҳеҷ нуқсон ё сохтори бегона вуҷуд надорад”. Омилҳое мисли ҳадди ошкоркунии XRD, миқдори фазаҳои кристаллӣ ва дараҷаи кристаллшавӣ вуҷуд доранд. Аз ин рӯ, ифодаи дурусти натиҷаи манбаъ ин аст, ки дар намунаҳои омӯхташуда фазаи дуюмдараҷаи кристаллии қобили ошкор мушоҳида нашудааст.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

1. Маводи асосии истифодашуда

Ҳамчун такягоҳи чандир полиэтилентерефталати бо оксиди индий-қалъагӣ пӯшонидашуда (PET/ITO) истифода шудааст. Ғафсии такягоҳи PET/ITO 125 µm ва муқовимати варақӣ 45 Ω/квадрат дода шудааст.

Барои қабати интиқоли электронҳо дисперсияи коллоидии нанозарраҳои SnO₂ бо ҳиссаи массавии %15 дар об истифода шудааст. Дар прекурсори перовскит PbI₂, PbBr₂, FAI, MABr, MAI ва CsI мавҷуд буданд. Иловаи кристаллшавӣ MACl мебошад. Қабати интиқоли сӯрохҳо дар асоси Spiro-OMeTAD аст; ҳамчун иловаҳо 4-tert-бутилпиридин ва Li-TFSI истифода шудаанд. Контакти болоӣ аз MoO₃ ва Al ташкил шудааст.

Дар рӯйхати мавод N-метил-2-пирролидон (NMP) низ мавҷуд аст. Аммо дар бахши муфассали омодасозии сиёҳии перовскитии таҳқиқот гуфта мешавад, ки маҳлули асосӣ бо DMSO-и беоб омода шудааст ва дар бахшҳои натиҷаҳо силсилаи алоҳидаи таҷрибавии дар асоси NMP гузориш нашудааст. Аз ин рӯ, таъсири мустақили NMP ба натиҷаҳо аз ин мақола бароварда намешавад.

2. Омода кардани сиёҳии перовскит

PbI₂, PbBr₂, FAI, MABr, MAI ва CsI бо миқдорҳои стехиометрӣ дар DMSO-и беоб ҳал карда шуда, сиёҳии дорои таркиби ҳадафии Cs_0.175FA_0.75MA_0.075Pb(I_0.88Br_0.12)₃ бо консентратсияи 1,4 M омода шудааст.

Дар силсилаи MACl ба маҳлули асосӣ %5 mol MACl илова шудааст. Пеш аз истифода маҳлулҳо аз филтри гидрофобии 0,45 µm гузаронида шудаанд.

3. Омода кардани такягоҳи PET/ITO

Такягоҳҳои чандири PET/ITO пайдарпай дар оби деионизатсияшудаи дорои шустушӯй, оби деионизатсияшуда, ацетон ва изопропанол бо ултрасадо тоза карда шудаанд. Ҳар марҳилаи тозакунӣ 10 дақиқа давом кардааст.

Пас аз тозакунӣ такягоҳҳо бо ҷараёни нитроген хушк карда шуда, барои зиёд кардани таршавии сатҳ 15 дақиқа бо UV-озон коркард шудаанд.

4. Қабати интиқоли электронии SnO₂

Дисперсияи тиҷоратии нанозарраҳои SnO₂ бо оби деионизатсияшуда дар таносуби ҳаҷмии 1:3 тунук карда шудааст. Қабати SnO₂:

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

дар ин шароит чоп шудааст. Сипас дар 130 °C 30 дақиқа тав дода шуда, маротибаи дуюм 30 дақиқа коркарди UV-озон татбиқ шудааст.

5. Чопи қабати перовскит

Плёнкаи перовскит ба рӯи қабати навомодашудаи интиқоли электронии SnO₂ бо истифода аз системаҳои slot-die-и VectorSC ё NanoRoll чоп шудааст. Дар матни усул диапазонҳои тағйирёбанда барои чопи перовскит чунин дода шудаанд:

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

Пас аз чоп намунаҳо фавран дар 100 °C 10 дақиқа тав дода шудаанд. Азбаски дар Расми 1-и манбаъ барои баъзе намунаҳои оптимизатсияи ибтидоӣ 140 °C навишта шудааст, байни параграфи усул ва тамғаҳои расм дар ҳадди ҳарорат фарқ вуҷуд дорад.

6. Қабати интиқоли сӯрохҳои Spiro-OMeTAD

Прекурсори HTL бо истифода аз 45 mg Spiro-OMeTAD дар 1 mL хлорбензол, 28,8 µL 4-tBP ва 17,5 µL маҳлули Li-TFSI, ки дар ацетонитрил бо консентратсияи 520 mg/mL омода шудааст, таҳия карда шуд. Омехта як соат омехта карда шуд.

Қабати Spiro-OMeTAD бо усули slot-die дар шароити PR=150 µL/дақ, CS=80 cm/дақ ва T_c=25 °C чоп шудааст.

7. Шароити муҳит

Манбаъ мегӯяд, ки се қабати функсионалӣ — SnO₂, перовскит ва Spiro-OMeTAD — дар шароити муҳити атроф чоп шудаанд. Ҳангоми чоп ҳарорати муҳит дар 18–21 °C ва намии нисбӣ дар %27–33 нигоҳ дошта шудааст. Равзанаи пӯшиш CW дар ҳамаи таҷрибаҳои пӯшиш байни 0,1–0,2 mm тағйир дода шудааст.

8. Контакти болоии MoO₃/Al

Контакти болоӣ на бо чоп, балки бо бухоркунии гармӣ ташкил шудааст. Дар системаи Angstrom Engineering фишори асосӣ 2×10⁻⁶ Torr дода шудааст.

Барои MoO₃ суръати таҳшинкунӣ 0,5 Å/s ва ғафсии ҳадаф 35 nm; барои Al суръати таҳшинкунӣ 0,1 Å/s ва ғафсии ҳадаф 100 nm мебошад.

Ин ҷузъ муҳим аст: гарчанде дар хулосаи манбаъ ибораи “fully printed flexible devices” мавҷуд аст, мувофиқи бахши усул электроди болоии MoO₃/Al бо бухоркунии гармӣ омода шудааст. Аз ин рӯ, набояд хулоса кард, ки ҳамаи қабатҳои дастгоҳ бо чоп сохта шудаанд.

9. Дастгоҳҳои тавсифкунӣ

AM 1.5G ва 100 mW/cm² чӣ маъно доранд?

AM 1.5G шарти стандартии спектри офтобии сатҳи Замин мебошад, ки барои чен кардани ҳуҷайраҳои офтобӣ дар лаборатория дар шароити муқоисашаванда истифода мешавад. Дар таҳқиқот симулятори офтоб дар шиддати шуоъдиҳии 100 mW/cm² истифода шудааст. Аз ин рӯ, қиматҳои гузоришшудаи J–V ва PCE ба ҳамин шароити назоратшавандаи рӯшноидиҳии лабораторӣ тааллуқ доранд.

J_SC, V_OC, FF ва PCE Чӣ Гуна Тафсир Шаванд?

J_SC зичии ҷараёнро дар шароити кӯтоҳпайваст, V_OC шиддати занҷири кушода, FF дараҷаи наздикшавии каҷи ҷараён–шиддатро ба истеҳсоли максималии қувваи қобили истифода ва PCE ҳиссаи қувваи рӯшноии воридшавандаро, ки ба қувваи электрӣ табдил меёбад, ифода мекунад; дар ин таҳқиқот таъсири барҷастатарини MACl дар афзоиши J_SC ва PCE мушоҳида шудааст.

Зичии ҷараёни кӯтоҳпайваст J_SC

J_SC қимати фототок ба ҳар воҳиди масоҳати фаъол мебошад, ки ҳангоми наздик будани шиддат байни нӯгҳои ҳуҷайра ба сифр ба даст меояд ва бо mA/cm² дода шудааст. J_SC-и баландтар, агар шароити ченкунӣ яксон бошад, нишон медиҳад, ки ҳуҷайра метавонад фотозарядҳои бештар тавлид ва ҷамъ кунад.

Шиддати занҷири кушода V_OC

V_OC баландтарин фотошиддатест, ки дар ҳолати набудани ҷараёни холис аз ҳуҷайра байни нӯгҳо ҳосил мешавад. Манбаъ қайд мекунад, ки пас аз иловаи MACl тақсимоти V_OC нисбатан кам тағйир ёфта, фарқи асосӣ дар тарафи J_SC мушоҳида шудааст.

Коэффисиенти пуркунӣ FF

Коэффисиенти пуркунӣ (fill factor, FF) нишондиҳандаи беандозаест, ки нуқтаи максималии қувваи каҷи воқеии J–V-ро бо росткунҷаи идеалӣ муқоиса мекунад. Манбаъ муодилаи FF-ро ошкоро наменависад; аммо муносибати стандартии фотоэлектрикие, ки барои фаҳмонидани маънои ин нишондиҳанда истифода мешавад:

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

мебошад. V_MPP ва J_MPP шиддат ва зичии ҷараён дар нуқтаи максималии қувва мебошанд. Бо афзоиши FF қобилияти ҳуҷайра барои гирифтани қувваи максималии қобили истифода аз каҷи J–V зиёд мешавад.

Самаранокии табдили қувва PCE

Манбаъ ба муодилаи PCE рақами алоҳидаи муодила намедиҳад. Дар ченкуниҳои фотоэлектрикӣ муносибати стандартӣ:

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

мебошад. FF дар формула ҳамчун каср, на фоиз, истифода мешавад. P_in зичии қувваи оптикии ба ҳуҷайра воридшаванда аст ва дар ин таҳқиқот 100 mW/cm² мебошад.

Қиматҳои V_OC=1,074 V, J_SC=12,91 mA/cm² ва FF=%58,0, ки манбаъ барои дастгоҳи истинодӣ медиҳад, ҳангоми гузоштан ба ин муносибати стандартӣ тақрибан %8,04 PCE медиҳанд. Қиматҳои V_OC=1,091 V, J_SC=15,01 mA/cm² ва FF=%59,4 дар дастгоҳи MACl низ бо тақрибан %9,72 PCE мувофиқанд. Ин санҷиши математикӣ натиҷаи нави таҷрибавӣ нест; он танҳо мувофиқати байни қиматҳои кори дар манбаъ додашударо барои мақсади таълимӣ нишон медиҳад.

Муқоисаи беҳтарин кори скани баръакс

Ин қиматҳо миёнаҳои тақсимоти оморӣ нестанд; дар матн онҳо ҳамчун натиҷаҳои скани баръакс-и дастгоҳҳои дорои беҳтарин кор гузориш шудаанд.

Гурӯҳи омории дастгоҳҳо

Манбаъ мегӯяд, ки таҳлили омории шароити истинодӣ ва дорои MACl барои ҳар шароит дар асоси 70 дастгоҳ анҷом дода шудааст. Дар Расми 8 тақсимоти V_OC, J_SC, FF ва PCE бо диаграммаҳои қуттӣ ва нуқтаҳои инфиродии дастгоҳҳо нишон дода шудааст.

Манбаъ ягон қимати p, фосилаи эътимод ё санҷиши алоҳидаи аҳамиятнокиро гузориш намекунад. Аз ин рӯ, ба ин таҳқиқот иборае ба мисли “фарқи MACl аз ҷиҳати оморӣ дар сатҳи p<0,05 аҳамиятнок аст” илова карда намешавад. Манбаъ муқоисаи визуалӣ/омории тақсимот ва тамоюлҳои кори дастгоҳҳоро пешниҳод мекунад.

Гистерезиси J–V чист?

Манбаъ нишон медиҳад, ки ҳангоми чен кардани ҳамон дастгоҳҳо дар самти скани баръакс (reverse scan, RS) ва скани пеш (forward scan, FS), каҷҳои J–V яксон нестанд. Дар ҳар ду гурӯҳи дастгоҳҳо баландтар будани зичии ҷараён дар скани баръакс нисбат ба скани пеш ҳамчун гистерезиси J–V вобаста ба самти скан тафсир шудааст.

Аз ин рӯ, арзёбии кори ҳуҷайраи перовскитӣ танҳо бо “баландтарин PCE” дар як самти скан кофӣ нест. Таҳқиқот ҳар ду самти сканро нишон дода ва гузориш кардааст, ки дастгоҳҳои дорои MACl дар ҳар ду самт хусусияти беҳтари J–V доранд.

Чаро MACl метавонад корро беҳтар карда бошад?

Муаллифон беҳтар шудани корро ба морфологияи беҳтари плёнка, кам шудани нуқсонҳои морфологӣ, беҳтар шудани пайвастагии донаҳо ва интиқол/ҷамъоварии самараноктари заряд нисбат медиҳанд. Махсусан таъкид мешавад, ки афзоиши J_SC ва FF ба баланд шудани PCE бевосита мусоидат кардааст.

Аммо таҳқиқот ченкунии мустақили миқдории зичии домҳо, зичии нуқсонҳо ё умри интиқолдиҳандаҳоро гузориш намекунад. Аз ин рӯ, иддаои миқдорие ба мисли “MACl зичии нуқсонҳоро ба ҳамин миқдор кам кард” дастгирӣ намешавад. Кам шудани нуқсонҳо тафсири механистии муҳокимаи манбаъ дар асоси микросохтор ва рафтори дастгоҳ мебошад.

Чаро V_OC тағйироти асосӣ набуд?

Манбаъ мегӯяд, ки пас аз иловаи MACl тақсимоти V_OC нисбатан бетағйир мондааст. Муҳаққиқон инро ҳамчун натиҷае тафсир кардаанд, ки илова мувофиқати энергетикии байни қабатҳои дастгоҳро ба таври назаррас тағйир надодааст.

Дар муқоиса, J_SC ҳам дар скани пеш ва ҳам дар скани баръакс бештар афзудааст. Аз ин рӯ, фоидаи кори таҳқиқот асосан на аз афзоиши шиддат, балки аз ҷамъоварии бештари ҷараён ва то андозае беҳтар шудани FF ба даст омадааст.

Занҷири раванд–сохтор–хосият–коре, ки таҳқиқот месозад

Мантиқи асосии илмии мақола аз чор марҳила иборат аст:

1. Суръати ҷараёни чоп, суръати пӯшиш ва ҳарорати такягоҳ ба хориҷшавии ҳалкунанда ва кинетикаи кристаллшавӣ таъсир мерасонанд.
2. Шароити кристаллшавӣ ғафсии плёнка, пайвастагии донаҳо ва якхелагии сатҳро муайян мекунад.
3. Сохтори плёнка ба ҷаббиши оптикӣ, интиқоли заряд ва рафтори рекомбинатсия таъсир мерасонад.
4. Ин таъсирҳо дар нишондиҳандаҳои кори фотоэлектрикӣ, аз ҷумла J_SC, FF ва дар ниҳоят PCE, инъикос мешаванд.

MACl дар ин занҷир махсусан дар марҳилаи кристаллшавӣ ва морфология ҳамчун илова истифода мешавад. Тафсири асосии манбаъ ин аст, ки назорати раванди истеҳсол метавонад ба кори ниҳоии дастгоҳ бевосита таъсир расонад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

Таҳқиқот дастгирӣ мекунад, ки сиёҳии перовскитии катионҳои омехта/галогенидҳои омехта дар асоси DMSO метавонад бо усули slot-die плёнкаҳои ҳамвор ташкил кунад; дар шароити интихобшуда плёнкаҳои зич бо ғафсии тақрибан 300–400 nm гирифта шудаанд ва %5 mol MACl морфологияи плёнка ва кори дастгоҳро беҳтар кардааст.

Натиҷаҳои XRD нишон медиҳанд, ки MACl дар суръатҳои пӯшиши омӯхташуда бе тағйир додани сохтори асосии кристаллии тетрагоналии перовскит истифода шуда метавонад; натиҷаҳои фотоэлектрикӣ бошад, беҳтар шудани махсусан J_SC, FF ва PCE-ро дар дастгоҳҳои дорои MACl нишон медиҳанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад

Таҳқиқот нишон намедиҳад, ки дастгоҳҳои таҳияшуда солҳо устувор мемонанд. Таҷрибаҳои устувории дарозмуддати рӯшноӣ, ҳарорат, намӣ ва кор дар маҷмӯи асосии маълумоти ин мақола мавҷуд нестанд.

Таҳқиқот исбот намекунад, ки усул дар хати саноатии истеҳсоли roll-to-roll бо ҳамон кор амал мекунад. Муаллифон ошкоро мегӯянд, ки таҳқиқоти миқёспазирӣ алоҳида зарур аст.

Таҳқиқот нишон намедиҳад, ки %5 mol MACl барои ҳамаи таркибҳои перовскит оптималӣ аст.

Таҳқиқот аз нигоҳи усулӣ нишон намедиҳад, ки ҳамаи қабатҳои ҳуҷайра бо чоп истеҳсол шудаанд; электроди болоии MoO₃/Al бо бухоркунии гармӣ омода шудааст.

Таҳқиқот зичии нуқсонҳоро бо спектроскопияи мустақими миқдории нуқсонҳо барои MACl чен накардааст; камшавии нуқсонҳо тафсири муҳокимаи манбаъ дар асоси кор ва морфология мебошад.

Таҳқиқот дар ин силсилаи таҷрибаҳо эътимоднокии маҳсулоти тиҷоратӣ ё умри механикии хамшавии дастгоҳҳои перовскитиро тасдиқ намекунад.

Талаботи таҳқиқоти оянда, ки худи таҳқиқот зикр мекунад

Муаллифон беҳтарсозии минбаъдаи раванди таҳшинкунӣ, омӯзиши устувории дарозмуддати плёнка, арзёбии кор дар шароити гуногуни муҳит ва истифодабарӣ, калон кардани миқёси истеҳсол ва таҳқиқи ҳамгироии плёнкаҳо бо сохторҳои пурраи дастгоҳро дар корҳои минбаъда зарур мешуморанд.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

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

Муаллифон: Yerassyl Yerlanuly; Askhat Jumabekov.

Муаллифи масъул: Yerassyl Yerlanuly.

Суроғаи почтаи электронии муаллифи масъул: yerassyl.yerlanuly@nu.edu.kz

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

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

Маҷалла: Eurasian Chemico-Technological Journal.

Ҷилд / шумора: 28 / 2.

Саҳифаҳо: 171–179.

Сол: 2026.

DOI: 10.18321/ectj1692.

Санаҳои коркарди мақола: Қабул шуд: 13 феврали 2026; версияи ислоҳшуда қабул шуд: 26 апрели 2026; пазируфта шуд: 10 июни 2026. Дар PDF рӯзи алоҳидаи нашри онлайн нишон дода нашудааст.

Маълумоти ношир: PDF мегӯяд, ки мақола аз ҷониби al-Farabi Kazakh National University нашр шудааст; Eurasian Chemico-Technological Journal ҳамзамон ҳамчун маҷаллаи Institute of Combustion Problems тавсиф мешавад.

Навъи манбаъ: Мақолаи таҳқиқотии аслӣ, ки истеҳсоли таҷрибавии маводи плёнкаи тунук, оптимизатсияи раванд ва тавсифи дастгоҳи фотоэлектрикии чандирро дар бар мегирад.

Ҳолати баррасии ҳамсолон: Сабти таҳқиқотии Nazarbayev University ин корро ҳамчун мақолаи маҷаллаи баррасишуда тасниф мекунад.

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

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

Бархӯрди манфиатҳо: Дар PDF-и нӯҳсаҳифагии баррасишуда бахши алоҳидаи изҳороти бархӯрди манфиатҳо пайдо нашуд; аз ин рӯ, дар бораи ҳолати бархӯрди манфиатҳо фарзияи берун аз манбаъ анҷом дода нашудааст.

Дастрасии маълумот: Дар PDF-и баррасишуда изҳороти алоҳидаи “Data Availability” пайдо нашуд.

Саҳми муаллифон: Дар PDF-и баррасишуда бахши алоҳидаи CRediT/саҳми муаллифон мавҷуд нест; изҳороти саҳми баробар ё ҳаммуаллифи аввал низ дида намешавад.

Муҳити асосии таҷриба: Амалиёти чоп дар ҳарорати муҳити 18–21 °C ва намии нисбии %27–33 анҷом дода шудаанд.

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

Иловаи асосӣ: %5 mol MACl.

Ғафсии асосии плёнка: Дар плёнкаҳои оптимизатсияшуда тақрибан 300–400 nm.

Фосилаи манъшудаи оптикӣ: Дар манбаъ тақрибан 1,55 eV.

Беҳтарин PCE дар скани баръакс: Истинодӣ %8,04; дастгоҳи дорои MACl %9,72.

Доираи оморӣ: Манбаъ мегӯяд, ки арзёбии оморӣ барои ҳар шароити дастгоҳ дар асоси 70 дастгоҳ анҷом дода шудааст; аммо қимати p ё санҷиши алоҳидаи гипотеза гузориш нашудааст.

Ёддошти параметрҳои дохилии манбаъ: Дар матни усул ҳарорати чопи перовскит 25–130 °C нишон дода шудааст, дар ҳоле ки дар Расми 1-и манбаъ барои намунаҳои 3–8 140 °C нишон дода мешавад. Ҳамин тавр, матни усул диапазони CS=5–12 cm/дақ-ро медиҳад, аммо дар силсилаи SEM/XRD-и MACl шароити 3 ва 4 cm/дақ низ мавҷуд аст. Ин фарқҳо бе ислоҳ ва пинҳон кардан интиқол дода шудаанд.

Ёддошти истилоҳот: Гарчанде дар хулосаи манбаъ ибораи “fully printed flexible devices” мавҷуд аст, мувофиқи бахши усул контакти болоии MoO₃/Al бо бухоркунии гармӣ омода шудааст. Аз ин рӯ, баёни Verianla ба таври равшан фарқ мекунад, ки се қабати функсионалӣ бо slot-die чоп шудаанд, аммо контакти металлии болоӣ бухор карда шудааст.

Ёддошти ҳалкунанда: Гарчанде NMP дар рӯйхати мавод мавҷуд аст, сиёҳии муфассали перовскит ва силсилаҳои натиҷаҳо дар асоси DMSO мебошанд; азбаски дар мақолаи баррасишуда силсилаи алоҳидаи кори махсуси NMP пешниҳод нашудааст, дар бораи таъсири NMP хулоса бароварда нашудааст.