Ushbu tadqiqot qoʻrgʻoshinsiz noorganik qoʻsh perovskit yutuvchi Cs₂AgBi_0,75Sb_0,25Br₆ qoʻllanilgan quyosh hujayrasining fotovoltaik samaradorligini SCAPS-1D simulyatsiyalari va Random Forest mashinaviy oʻrganish modeli yordamida oʻrgangan. ITO/ZnO/Cs₂AgBi_0,75Sb_0,25Br₆/CZTSe/Au qatlamlar ketma-ketligi uchun yutuvchi materialning taqiqlangan zona kengligi, elektron affiniteti, effektiv holatlar zichligi, tashuvchilar harakatchanligi va nisbiy dielektrik oʻtkazuvchanligi oʻzgartirilib, 3.888 ta simulyatsiya yozuvi yaratilgan. Random Forest modeli simulyatsiya maʼlumotlaridagi quvvatni aylantirish samaradorligini R² = 0,99 va RMSE = 0,0693 bilan bashorat qilgan hamda elektron affiniteti va taqiqlangan zona kengligini eng taʼsirchan ikki xususiyat sifatida tartiblagan. Biroq tadqiqot toʻliq sonli hisoblashlarga asoslangan, tajribada tayyorlangan hujayrani tasdiqlamaydi va yakuniy samaradorlik uchun matnning turli qismlarida %26,07, %26,53 va %26,64 kabi bir-biriga mos kelmaydigan qiymatlar keltirilgan.

Turkiya nuqtai nazaridan baholash: Tadqiqot yondashuvi Turkiyada fotovoltaik materiallar va yupqa qatlamli quyosh hujayralari bo‘yicha ishlaydigan universitetlar, tadqiqot markazlari va texnologik jamoalar uchun qimmat ishlab chiqarish sinovlaridan avval sezgirlik tahlilini o‘tkazishga yordam berishi mumkin. Turkiyaga moslashtirish uchun foydalanilgan SCAPS parametrlarini tajribaviy yupqa qatlamlar bilan kalibrlash, Cs₂AgBi_0,75Sb_0,25Br₆ qatlamlarini mahalliy laboratoriya sharoitida tayyorlash, harorat va quyosh spektri taʼsirlarini dala sharoitida sinash, modelni mustaqil maʼlumotlar bilan tekshirish hamda amalda erishish mumkin bo‘lgan legirlash va nuqsonlar zichligi diapazonlarini aniqlash zarur. Tadqiqotdan Turkiyada ishlab chiqariladigan haqiqiy modullarning samaradorligi, narxi, xizmat muddati, iqlimga chidamliligi yoki tijoriy qo‘llanish imkoniyati haqida bevosita xulosa chiqarib bo‘lmaydi.

Tadqiqotning asosiy hissasi minglab yarimo‘tkazgich qurilma simulyatsiyalarini mashinaviy o‘rganish orqali saralab, qaysi ichki material xususiyatlari samaradorlikka kuchliroq taʼsir qilishini aniqlashdir. Natijalar elektron affinitetining %40,85, taqiqlangan zona kengligining esa %34,06 nisbiy ahamiyatga ega ekanini ko‘rsatadi. Biroq bu foizlar fizik sababiylikning bevosita o‘lchovi emas, balki Random Forest modelining foydalanilgan simulyatsiya maʼlumotlari fazosidagi bashorat ahamiyatlaridir.

Tadqiqotning asosiy savoli nima?

Tadqiqot qo‘rg‘oshinsiz Cs₂AgBi_0,75Sb_0,25Br₆ qo‘sh perovskit yutuvchining qaysi ichki xususiyatlari quyosh hujayrasi samaradorligiga eng ko‘p taʼsir qilishini va katta SCAPS-1D maʼlumotlar to‘plamini Random Forest modeli yordamida tezroq talqin qilish mumkinmi-yo‘qmi, shuni o‘rganadi.

Tadqiqot ikki bosqichdan iborat. Birinchi bosqichda yarimo‘tkazgich qurilmaning elektr xatti-harakati SCAPS-1D bilan yechilib, 3.888 ta parametr kombinatsiyasi yaratilgan. Ikkinchi bosqichda ushbu yozuvlarning %80’i Random Forest modelini o‘qitish, %20’i esa sinash uchun ishlatilgan; besh qatlamli kross-validatsiya va grid qidiruvi yordamida model sozlangan. Keyin xususiyatlar ahamiyati va SHAP tahlili orqali samaradorlikka eng kuchli taʼsir qiluvchi o‘zgaruvchilar tanlanib, qurilma SCAPS-1D ichida qayta optimallashtirilgan.

Taklif etilgan quyosh hujayrasi qaysi qatlamlardan tashkil topgan?

1-rasmda yorug‘lik shisha va old kontakt tomonidan kiradigan quyidagi qatlam tuzilishi ko‘rsatilgan:

1. Shisha: Hujayraning shaffof tayanch yuzasidir.
2. ITO: Indiy bilan legirlangan qalay oksididan tashkil topgan shaffof o‘tkazuvchi old kontakt sifatida ishlatilgan.
3. ZnO: Elektron tashish qatlamidir (electron transport layer, ETL).
4. Cs₂AgBi_0,75Sb_0,25Br₆: Fotonlarni yutadigan va elektron-kovak juftlari hosil bo‘ladigan qo‘rg‘oshinsiz qo‘sh perovskit qatlamdir.
5. CZTSe: Kovak tashish qatlamidir (hole transport layer, HTL).
6. Au: Oltin orqa elektroddir.

Yutuvchi qatlamda yorug‘lik energiyasi taʼsirida elektron-kovak juftlari hosil bo‘ladi. Elektronlarni ZnO ning o‘tkazuvchanlik zonasiga, kovaklarni esa CZTSe ning valentlik zonasiga o‘tkazish ko‘zda tutilgan. Bu uzatish samarali bo‘lishi uchun qatlamlarning energiya sathlari va zona ofsetlari muhim ahamiyatga ega.

Boshlang‘ich qurilma parametrlari qanday?

Simulyatsiyalar 300 K haroratda, AM 1.5 yorug‘lik spektri va 1.000 W·m⁻² nurlanish intensivligida bajarilgan. Elektronlar uchun sirt yoki interfeys rekombinatsiya tezligi 10⁵ cm·s⁻¹, kovaklar uchun 10⁷ cm·s⁻¹ qilib belgilangan.

SCAPS-1D qaysi fizik tenglamalarni yechadi?

SCAPS-1D yarimo‘tkazgich tuzilmasi ichidagi elektr potensial, tashuvchilar taqsimoti, generatsiya, rekombinatsiya va tok zichligini o‘zaro bog‘langan tenglamalar orqali hisoblaydi.

Puasson tenglamasi

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

Bu yerda φ(x) elektr potensialni, q elementar elektr zaryadini, ε₀ vakuumning dielektrik doimiysini, ε_r esa qatlamning nisbiy dielektrik o‘tkazuvchanligini bildiradi. p(x) va n(x) qatlam qalinligi bo‘ylab kovak va elektron konsentratsiyalaridir. N_D va N_A donor hamda akseptor legirlash zichliklarini, ρ_p va ρ_n esa musbat va manfiy zaryad zichliklarini ifodalaydi. Tenglama hujayra ichida hosil bo‘ladigan elektr maydonning joylashuvga qarab qanday o‘zgarishini belgilaydi.

Elektron va kovak uzluksizlik tenglamalari

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

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

J_n va J_p elektron hamda kovak tok zichliklaridir. G_n va G_p yorug‘lik ostidagi tashuvchi generatsiya tezliklarini, U_n va U_p rekombinatsiya tezliklarini bildiradi. Bu tenglamalar muayyan hududdagi tashuvchilar sonining tok, generatsiya va yo‘qotish jarayonlari bilan qanday o‘zgarishini tushuntiradi.

Drift-diffuziya munosabatlari

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

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

μ_n va μ_p elektron hamda kovak harakatchanligini, D_n va D_p diffuziya koeffitsiyentlarini, E(x) esa elektr maydonni bildiradi. Birinchi had elektr maydon sababli yuzaga keladigan drift tokini, ikkinchi had esa zichlik farqi tufayli yuzaga keladigan diffuziya tokini ifodalaydi.

Manba matnidagi diffuziya munosabati

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

Tadqiqot bu ifodani diffuziya koeffitsiyenti bilan bog‘laydi. Biroq kvadrat ildiz ichidagi harakatchanlik, issiqlik energiyasi va yashash vaqti ko‘paytmasi o‘lcham jihatidan diffuziya uzunligi munosabatiga mos keladi. Shu sababli manbada ishlatilgan belgi va izoh bir-biriga to‘liq mos kelmaydi; ifoda jimlik bilan tuzatilmasdan, tadqiqotda qanday berilgan bo‘lsa, shu ko‘rinishda keltirildi.

Boshlang‘ich samaradorlik qanday?

2-rasmdagi optimallashtirilmagan tok zichligi-kuchlanish egri chizig‘ida ochiq zanjir kuchlanishi V_OC = 1,29 V, qisqa tutashuv tok zichligi J_SC = 14,29 mA·cm⁻², to‘ldirish koeffitsiyenti FF = %84,11 va quvvatni aylantirish samaradorligi η = %15,60 sifatida ko‘rsatilgan. Shu rasm ichidagi grafik kvant samaradorligining ko‘rinadigan to‘lqin uzunliklarida yuqori bo‘lib qolishini, uzunroq to‘lqin uzunliklarida esa keskin pasayishini ko‘rsatadi.

Random Forest modeli qanday ishlaydi?

3-rasmda maʼlumotlarni yig‘ish, tozalash, modelni tanlash, modelni o‘qitish, baholash va bashorat ishlab chiqish bosqichlari ko‘rsatilgan. Random Forest bir xil maʼlumotlar to‘plamining turli bootstrap namunalari asosida ko‘plab qaror daraxtlarini yaratadi va bu daraxtlarning natijalarini birlashtiradi.

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

Bu yerda m qaror daraxtlari sonini, f_i(y) har bir daraxtning bashoratini, f(y) esa barcha daraxtlar o‘rtachasidan olingan yakuniy bashoratni ifodalaydi. Ko‘p daraxtlardan foydalanish bitta qaror daraxtining muayyan o‘quv namunalariga ortiqcha moslashib qolish xavfini kamaytirishga qaratilgan.

Tadqiqotda taqiqlangan zona kengligi, elektron affiniteti, elektron va kovak harakatchanligi, o‘tkazuvchanlik va valentlik zonalarining effektiv holatlar zichligi hamda dielektrik o‘tkazuvchanlik kirish xususiyatlari sifatida baholangan. Maqsad chiqishlari orasida PCE, V_OC, J_SC va FF bor; asosiy mashinaviy o‘rganish baholashi PCE bashoratiga qaratilgan.

Model aniqligi qanday baholangan?

Random Forest bashoratlari bilan SCAPS-1D yaratgan qiymatlar determinatsiya koeffitsiyenti R² va o‘rtacha kvadratik xatoning kvadrat ildizi yordamida taqqoslangan.

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

N umumiy maʼlumot sonini, y_i SCAPS-1D qiymatini va ŷ_i Random Forest bashoratini bildiradi. RMSE kamaygan sari model bashorati bilan simulyatsiya natijasi bir-biriga yaqinlashadi.

Tadqiqotda R² = 0,99 va RMSE = 0,0693 keltirilgan. RMSE birligi yoki PCE foiz ko‘rinishida yoxud sonli ulush shkalasida qayta ishlangani aniq ko‘rsatilmagan. O‘qitish va test tarqalish grafiklaridagi nuqtalarning ideal bashorat chizig‘iga yaqin joylashuvi modelning ayni SCAPS-1D maʼlumotlar fazosidagi yozuvlarni yuqori aniqlikda qayta hosil qila olganini ko‘rsatadi.

Bu natija haqiqiy quyosh hujayrasi %99 aniqlikda bashorat qilinganini anglatmaydi. Maqsad maʼlumotlari tajribaviy o‘lchovlar emas, ayni simulyator yaratgan sonli natijalardir. Modelning muvaffaqiyati asosan simulyatsiya parametrlari bilan simulyator natijasi o‘rtasidagi munosabatni o‘rganishdagi muvaffaqiyatdir.

Qaysi xususiyatlar samaradorlikka eng ko‘p taʼsir qilgan?

6-rasm va 2-jadval elektron affiniteti hamda taqiqlangan zona kengligi model bashoratidagi eng ustun ikki o‘zgaruvchi ekanini ko‘rsatadi. 7-rasmdagi SHAP grafigi ham bu tartibni qo‘llab-quvvatlaydi. Elektron affiniteti eng keng SHAP taqsimotini, taqiqlangan zona kengligi esa ikkinchi eng keng taqsimotni hosil qilgan. Tashuvchilar harakatchanligi esa foydalanilgan parametr diapazonlarida ancha cheklangan bashorat taʼsirini ko‘rsatgan.

Bu ahamiyat qiymatlari faqat tadqiqotda tanlangan diapazonlar va boshqa doimiy model farazlari uchun amal qiladi. Biror xususiyatning ahamiyati past bo‘lishi uning haqiqiy qurilmada fizik jihatdan ahamiyatsiz ekanini anglatmaydi.

Taqiqlangan zona kengligi va elektron affiniteti nimani o‘zgartirgan?

Elektron affiniteti vakuum sathi bilan o‘tkazuvchanlik zonasi minimumi o‘rtasidagi energiya farqini ifodalaydi. Taqiqlangan zona kengligi esa valentlik zonasi va o‘tkazuvchanlik zonasi o‘rtasidagi energiya farqidir. Bu ikki xususiyat yutuvchining qaysi fotonlardan foydalana olishini va qo‘shni tashish qatlamlari bilan energiya moslashuvini belgilaydi.

Tadqiqotda yutuvchi bilan elektron tashish qatlami o‘rtasidagi o‘tkazuvchanlik zonasi ofseti quyidagicha aniqlangan:

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

χ_abs yutuvchining, χ_ETL elektron tashish qatlamining elektron affinitetidir. Tadqiqot taʼrifiga ko‘ra musbat CBO spike-simon, manfiy CBO esa cliff-simon zona moslashuviga to‘g‘ri keladi.

Yutuvchi bilan kovak tashish qatlami o‘rtasidagi valentlik zonasi ofseti manbada quyidagicha berilgan:

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

Manbada ushbu tenglama uchun adabiyotga havola “[?]” shaklida yechilmagan joy tutuvchi bo‘lib qolgan. Shu sababli tenglama keltirilsa-da, havolani tadqiqotning o‘z matni asosida tekshirish mumkin emas.

8-rasmda taqiqlangan zona kengligi ortishi bilan V_OC oshgan, J_SC va PCE esa kamaygan. Elektron affinitetining ortishi ayniqsa to‘ldirish koeffitsiyentini oshirgan. Bo‘lim matni eng yuqori PCE ni %19,28 deb, E_g = 1,71 eV va χ = 3,65 eV sharoitida bildiradi. Shu bo‘lim oxirida esa yutuvchining elektron affiniteti 3,65 eV, taqiqlangan zona kengligi 1,75 eV sifatida “optimallashtirilgan” deb qabul qilingan. Eng yuqori nuqta bilan tanlangan yakuniy zona kengligi nega farq qilishi aniq asoslanmagan.

Yutuvchi qatlam qalinligining taʼsiri qanday?

Yutuvchi qatlam qalinligi 0,4 µm dan 2 µm gacha o‘zgartirilgan. Qalinlik oshishi bilan ko‘proq yorug‘lik yutilishi va ko‘proq elektron-kovak juftlari hosil bo‘lishi sababli fotovoltaik chiqishlar oshgani bildirilgan.

• V_OC taxminan 1,32 V dan 1,36 V gacha oshgan.
• J_SC taxminan 16 mA·cm⁻² dan 21,2 mA·cm⁻² gacha ko‘tarilgan.
• FF taxminan %82 dan %86 gacha oshgan.
• PCE 9a-rasmda qalinlik oshishi bilan ko‘tariluvchi tendensiyani ko‘rsatgan.

Qalinroq qatlam ko‘proq yorug‘likni yutishi mumkin; biroq tadqiqot ishlab chiqarishdan kelib chiqadigan kuchlanishlar, kristall nuqsonlari, ketma-ket qarshilik, material sarfi yoki qalin plyonkalardagi tajribaviy bir jinslilik muammolarini modellashtirmagan.

Akseptor zichligi samaradorlikni qanday o‘zgartirgan?

Yutuvchi qatlamning akseptor zichligi 10¹⁵–10²⁰ cm⁻³ oralig‘ida tekshirilgan. Akseptor zichligi oshishi bilan V_OC 1,32 V dan 1,53 V gacha oshgan, J_SC esa kamaygan. FF avval pasayib, keyin ko‘tarilib %91,53 ga yetgan.

PCE 10¹⁵–10¹⁷ cm⁻³ oralig‘ida avval kamaygan; 10¹⁸ cm⁻³ dan yuqori zichliklarda sezilarli ko‘tarilib, 10²⁰ cm⁻³ da taxminan %26 ga yetgan. Mualliflar juda yuqori legirlash darajalari tashuvchilar harakati va ishlab chiqarish jarayoni uchun muammo tug‘dirishi mumkinligini ham qayd etgan.

Nuqsonlar zichligi nega muhim?

Yutuvchining nuqsonlar zichligi N_t = 10¹⁰–10²⁰ cm⁻³ oralig‘ida o‘zgartirilgan. 10-rasm nuqsonlar zichligi past bo‘lganda samaradorlik yuqori bo‘lib qolishini, taxminan 10¹⁵ cm⁻³ dan keyin V_OC, J_SC, FF va PCE tez pasayishini ko‘rsatadi. Buning sababi nuqson sathlari tashuvchilarni tutib qolishi, tuzoq vositasidagi rekombinatsiyani oshirishi va tashuvchilar diffuziya uzunligini qisqartirishidir.

Tadqiqotda 10¹⁰ cm⁻³ nuqsonlar zichligi uchun J_SC = 16,8 mA·cm⁻², V_OC = 1,68 V, FF = %92,04 va PCE = %26,07 berilgan. Matn shuningdek bunday past nuqsonlar zichligiga tajribada erishish qiyin ekanini tan oladi.

Nuqsonlar zichligi bo‘limida “tuzoq vositasidagi rekombinatsiya ortishi samaradorlikning sezilarli oshishiga olib keldi” degan maʼnoni beruvchi jumla mavjud. 10-rasm va bo‘limning umumiy fizik izohi esa nuqsonlar zichligi hamda rekombinatsiya oshgani sari samaradorlik pasayishini ko‘rsatadi. Bu jumla manbadagi muhim bayonot nomuvofiqligidir.

Haroratning taʼsiri qanday?

Ishlash harorati 250 K dan 400 K gacha o‘zgartirilgan. Harorat ortishi bilan V_OC 1,70 V dan 1,60 V gacha, FF %92,61 dan %89,74 gacha va PCE %26,53 dan %24,22 gacha pasaygan. J_SC 16,81 dan 16,80 mA·cm⁻² gacha juda kichik o‘zgarish ko‘rsatgan.

Matn bu o‘zgarishni “J_SC oshdi” deb tavsiflaydi; biroq berilgan sonlar 16,81 dan 16,80 gacha kichik pasayishni ko‘rsatadi. Asosiy samaradorlik yo‘qotilishi harorat bilan ortadigan to‘yinish toki va rekombinatsiya tufayli V_OC hamda FF kamayishi bilan bog‘langan.

Quvvatni aylantirish samaradorligi qanday hisoblanadi?

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

V_OC voltdagi ochiq zanjir kuchlanishini, J_SC mA·cm⁻² dagi qisqa tutashuv tok zichligini, FF to‘ldirish koeffitsiyentini va P_in hujayraga tushadigan optik quvvat zichligini bildiradi. Agar FF foizda berilgan bo‘lsa, tenglamada ishlatishdan avval 100 ga bo‘lib, o‘nlik qiymatga aylantirilishi kerak.

Nega yakuniy optimallashtirilgan samaradorlik bitta qiymat emas?

Tadqiqotning turli qismlarida bir-biridan farq qiluvchi natijalar berilgan:

Bu qiymatlarni bitta umumiy parametr to‘plamiga tegishli kabi taqdim etib bo‘lmaydi. Annotatsiyadagi %26,64, 12-rasmdagi %26,53 va nuqsonlar zichligi bo‘limidagi %26,07 qiymatlari turli optimallashtirish bosqichlarini yoki matn ichidagi nomuvofiqliklarni ifodalashi mumkin; tadqiqot ularni yetarlicha aniq ajratmagan.

Elektron affiniteti uchun ham 4.1-bo‘limda 3,65 eV, xulosa bo‘limida 3,69 eV taklif qilingan. Taqiqlangan zona kengligi uchun eng yuqori PCE nuqtasi 1,71 eV deb izohlangan bo‘lsa, ayni bo‘limda 1,75 eV, xulosada esa 1,76 eV dan past qiymat tavsiya etilgan. Shu sababli tadqiqot tajribaviy loyihalash qo‘llanmasi sifatida ishlatilishidan oldin parametrlar to‘plami mualliflar tomonidan aniqlashtirilishi kerak.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan xulosalar

• Random Forest modeli SCAPS-1D yaratgan PCE qiymatlarini ayni simulyatsiya parametrlar fazosida yuqori aniqlikda bashorat qilgan.
• Elektron affiniteti va taqiqlangan zona kengligi ishlatilgan modelda eng yuqori xususiyat ahamiyatlariga ega bo‘lgan.
• Yutuvchi qatlam qalinligini oshirish tekshirilgan diapazonda yorug‘lik yutilishini va J_SC qiymatini oshirgan.
• Juda past nuqsonlar zichligi modelda kamroq rekombinatsiya va yuqoriroq fotovoltaik samaradorlik bilan bog‘langan.
• Ishlash harorati oshishi bilan V_OC, FF va PCE pasaygan.
• SCAPS-1D va mashinaviy o‘rganishni birga ishlatish keng parametr qidiruvlarini ustuvorlashtirishni osonlashtirishi mumkin.

Tadqiqot isbotlamaydigan xulosalar

• %26 dan yuqori samaradorlik tajribaviy quyosh hujayrasida o‘lchanmagan.
• Taklif etilgan Cs₂AgBi_0,75Sb_0,25Br₆ qatlam tuzilmasining ishlab chiqarilishi mumkinligi ko‘rsatilmagan.
• Hujayraning namlik, kislorod, yorug‘lik, harorat sikllari va uzoq muddatli ish barqarorligi baholanmagan.
• Random Forest modelining haqiqiy laboratoriya maʼlumotlariga umumlashtirilishi isbotlanmagan.
• Yuqori legirlash va 10¹⁰ cm⁻³ nuqsonlar zichligi kabi ideal parametrlarni amaliy ishlab chiqarishda olish mumkinligi ko‘rsatilmagan.
• Qo‘rg‘oshinsiz bo‘lish qurilmaning butun tizimi avtomatik ravishda toksikologik yoki ekologik jihatdan xavfsiz ekanini isbotlamaydi.
• Modul miqyosi, ketma-ket ulanishlar, kapsulalash, ishlab chiqarish xarajati va dala samaradorligi modellashtirilmagan.

Tadqiqotning o‘tmish, bugun va kelajak nuqtai nazaridan ahamiyati

O‘tmishda quyosh hujayralarini optimallashtirish odatda bir yoki bir nechta parametrni navbatma-navbat o‘zgartirish orqali bajarilgan bo‘lsa, bu tadqiqot ko‘plab simulyatsiya chiqishlarini mashinaviy o‘rganish bilan birga baholash yondashuvidan foydalangan. Bugungi hissasi qo‘rg‘oshinsiz qo‘sh perovskit dizaynlarida keng parametrlar fazosining qaysi hududlariga ustuvorlik berish mumkinligini ko‘rsatishidir.

Kelajakda bu yondashuv ilmiy qiymat kasb etishi uchun simulyator natijalarini haqiqiy material o‘lchovlari bilan kalibrlash, tajribada tayyorlangan hujayralar bilan tashqi tekshiruv o‘tkazish, noaniqlik diapazonlarini hisobot qilish va yakuniy parametrlar to‘plamidagi ziddiyatlarni bartaraf etish zarur. Mashinaviy o‘rganish bu yerda tajriba o‘rnini bosuvchi dalil emas, balki tajribaviy tadqiqotni yo‘naltira oladigan dastlabki saralash vositasidir.

Tadqiqot usuli va natijalari

Tadqiqot dizaynining texnik xulosasi

Asosiy model va maʼlumot cheklovlari

• 3.888 ta yozuv SCAPS-1D simulyatsiyasidan olingan; mustaqil tajribaviy maqsad maʼlumotlari ishlatilmagan.
• Random Forest uchun daraxtlar soni, har bir tugundagi xususiyatlar soni, maksimal chuqurlik va tanlangan yakuniy giperparametrlar batafsil bildirilmagan.
• Xom maʼlumotlar to‘plami, o‘qitish kodi va model fayli yuklangan tadqiqotda ulashilmagan.
• Matnda CB holatlar zichligi, VB holatlar zichligi, kovak harakatchanligi va elektron harakatchanligi chiqarib tashlangani yozilgan; darhol ortidan “uchta xususiyat olib tashlandi” deyiladi. Sanab o‘tilgan to‘rtta xususiyat bilan bildirilgan son mos kelmaydi.
• Chiqarib tashlangan xususiyatlardan keyin bir xil kirish qiymatlariga ega, biroq turli maqsad qiymatlari bo‘lishi mumkin bo‘lgan yozuvlar maʼlumotlarni bo‘lish jarayonida qanday taqsimlangani tushuntirilmagan.
• O‘qitish va test to‘plamlarida takrorlangan yoki bir xil qisqartirilgan xususiyat kombinatsiyalari bor-yo‘qligi ko‘rsatilmagan.
• Model muvaffaqiyati faqat simulyatsiya maʼlumotlari taqsimoti ichida baholangan; boshqa simulyator yoki tajribaviy maʼlumot bilan tashqi tekshiruv o‘tkazilmagan.

Grafiklarning asosiy xabarlari

• 1-rasm: Yorug‘lik shisha va ITO tomonidan kiradigan; ZnO, qo‘sh perovskit, CZTSe va Au qatlamlari ustma-ust joylashtirilgan qurilma arxitekturasini ko‘rsatadi.
• 2-rasm: Optimallashtirilmagan qurilma %15,60 samaradorlik berishini va tok taxminan 1,2 V dan keyin tez pasayishini ko‘rsatadi.
• 3-rasm: Maʼlumotlarni tozalash, model tanlash, o‘qitish, baholash va bashorat bosqichlaridan iborat mashinaviy o‘rganish ish jarayonini ko‘rsatadi.
• 4-rasm: Bir xil maʼlumotlar to‘plamidan turli qaror daraxtlari yaratilishi va ularning bashoratlari o‘rtachalanadigan Random Forest mantiqini ko‘rsatadi.
• 5-rasm: O‘qitish va test bashoratlarining ideal chiziq atrofida to‘planganini ko‘rsatadi. Rasm sarlavhasida xato ravishda qurilma sxemasi ifodasi ishlatilgan.
• 6-rasm: Sarlavhasi umumiy mashinaviy o‘rganish qo‘llanmasini ifodalasa-da, tasvir aslida kirish parametrlarining PCE bilan korrelyatsiyalarini ko‘rsatadi.
• 7-rasm: Elektron affiniteti va taqiqlangan zona kengligi eng keng SHAP taʼsiriga ega ekanini ko‘rsatadi.
• 8-rasm: Taqiqlangan zona kengligi oshishi bilan V_OC oshishini, J_SC va PCE kamayishini; elektron affiniteti ayniqsa FF ga taʼsir qilishini ko‘rsatadi.
• 9-rasm: Yutuvchi qatlam qalinligini oshirish samaradorlikni ko‘tarishini; akseptor zichligi esa V_OC, J_SC va FF ga turli yo‘nalishlarda taʼsir qilishini ko‘rsatadi.
• 10-rasm: Nuqsonlar zichligi oshishi bilan barcha fotovoltaik parametrlar, ayniqsa yuqori nuqsonli hududda, sezilarli pasayishini ko‘rsatadi.
• 11-rasm: Harorat oshishi PCE, V_OC va FF ni kamaytirishini, J_SC esa taxminan o‘zgarmas qolishini ko‘rsatadi.
• 12-rasm: Optimallashtirilgan deb taqdim etilgan egri chiziqda V_OC = 1,70 V, J_SC = 16,81 mA·cm⁻², FF = %92,16 va PCE = %26,53 qiymatlarini beradi.

Natijalarning nashrga mos texnik talqini

Tadqiqot mashinaviy o‘rganish fizikaga asoslangan simulyator yaratgan katta maʼlumotlar to‘plamini umumlashtirish va ustuvor parametrlarni tanlash uchun ishlatilishi mumkinligini ko‘rsatadi. Eng kuchli natija Random Forest modelining elektron affiniteti va taqiqlangan zona kengligini samaradorlik bashoratida oldinga chiqarishidir.

Biroq %26 dan yuqori samaradorliklarni tajribaviy yutuq sifatida taqdim etmaslik kerak. Bular idealizatsiyalangan kirish parametrlari, past nuqsonlar zichligi va muayyan interfeys farazlari ostida olingan SCAPS-1D natijalaridir. Tadqiqotdagi yakuniy parametr va samaradorlik nomuvofiqliklari bartaraf etilmasdan bitta optimallashtirilgan qurilma retseptini shakllantirish mumkin emas.

Manba va usul haqida izoh

Tadqiqotning to‘liq original nomi:Machine Learning–Based Optimization of Photovoltaic Performance in Lead-Free Inorganic Perovskite Solar Cells

Mualliflar va tartibi: Prithick Saha; Sangeeta Singh; Sanjib Bhattachary.

Birgalikdagi birinchi muallif yoki teng hissa maʼlumoti: Tadqiqotda keltirilmagan.

Masʼul muallif: Prithick Saha.

Institutsional aloqalar:

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.

Jurnal: Taqrizdan o‘tgan jurnal nomi yoki qabul qilingan jurnal versiyasi tasdiqlanmagan.

Nashr platformasi: SSRN.

Asl nashriyot: Mavjud emas. SSRN preprint va dastlabki tadqiqotlarni ulashish platformasidir; taqrizdan o‘tgan ilmiy jurnal yoki asl nashriyot sifatida baholanmasligi kerak.

Platforma egasi: Elsevier Inc.

Nashr yili: 2026.

Manba turi: Yarimo‘tkazgich qurilma simulyatsiyasi va mashinaviy o‘rganish modellashtirishini o‘z ichiga olgan preprint.

Taqriz holati: Ushbu tadqiqot taqrizdan o‘tmagan preprintdir; natijalar shu cheklov hisobga olingan holda o‘qilishi kerak.

Rasmiy manba havolasi:https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=7201954

Ushbu o‘zbekcha sharh yuklangan tadqiqotning to‘liq matni, tenglamalari, ikki jadvali va o‘n ikki rasmi ko‘rib chiqilib tayyorlangan. Ilmiy mazmun faqat tadqiqotda taqdim etilgan usul, simulyatsiya va natijalarga asoslangan; tashqi manbalardan yangi fotovoltaik xulosa qo‘shilmagan. Tashqi tekshiruv faqat DOI, platforma va nashr holatini tasdiqlash maqsadida ishlatilgan.

Tadqiqotning asosiy cheklovlari: natijalar tajribaviy emas, simulyatsiyaga asoslangan; model faqat SCAPS-1D maʼlumotlari bilan o‘qitilgan; haqiqiy qurilma bilan tashqi tekshiruv qilinmagan; xom maʼlumot va kodlar taqdim etilmagan; Random Forest giperparametrlari yetarli darajada bildirilmagan; idealizatsiyalangan past nuqsonlar zichliklari ishlatilgan; yakuniy samaradorlik va optimal parametrlar bo‘yicha matn ichida ziddiyatlar mavjud.

Tadqiqot haqiqiy hujayra tayyorlash, laboratoriya o‘lchovi, prototip modul, dala sinovi, uzoq muddatli barqarorlik yoki tijoriy qo‘llanish mumkinligini isbotlamaydi. Bildirilgan %26 darajasidagi quvvatni aylantirish samaradorliklari faqat sonli model natijalaridir.