ҚазРусEng
ҚазРусEng

AP19576727 «Екі өлшемді зарядты бөлу механизмі бар органикалық күн элементтерінің прототипін жасау»

Конкурстың атауы: ҒЖБМ ҒК ГҚ 2023-2025

Қаржыландыру сомасы: 74 509 373,90 теңге

Жобаның аннотациясы:

Жобаның негізгі идеясы электр тасымалдау қабаты ретінде мыс оксиді/мыс тиоцианатының нанокомпозиттік қабықшаларын пайдалану арқылы екі өлшемді зарядты бөлу механизмі бар жаңа органикалық күн ұяшықтарының құрылымын (OSCs) әзірлеу болып табылады. 2D зарядты бөлу механизмі кемтіктердің қозғалғыштығын теңестіруге және фотоактивті қабаттағы оқшауланған домендердің тығыздығын азайтуға мүмкіндік береді, нәтижесінде OSCs кванттық тиімділігі, фототок және фотовольтаикалық өнімділігі артады.

Жобаның мақсаты:

Көлемді гетероауысу негізінде органикалық күн ұяшықтарының фотовольтаикалық көрсеткіштерін арттыру. Жобаның мақсатына 2D зарядты бөлу механизмі бар күн ұяшығының архитектурасын әзірлеу арқылы қол жеткізіледі, ол наноқұрылымды мыс қосылысының ұяшықтары негізінде кемтік өткізгіштігі бар селективті қабаттың (hole transport layer) морфологиясын өзгерту арқылы жүзеге асырылады.

Жобаның міндеттері:

  1. Жазықтық морфологиясы бар кемтіктік өткізгіш қабықшалардың синтезі
  2. Әр түрлі мыс қосылыстарына негізделген наноқұрылымды қабықшалардың синтезі
  3. Жоғары тиімділікті органикалық күн элементтерін дайындау және сипаттау.

Жобаны іске асыру кезеңдері:

  1. 1-тапсырманы іске асыру нәтижесінде OSCs үшін HTL ретінде берілген оптикалық және электрлік қасиеттері бар жұқа CuSCN қабықшаларын тұндыру технологиясы пысықталады.
  2. 2-тапсырманы орындау барысында CuSCN бетіндегі Cu2O нанокристалдары синтезделеді. Негізгі міндет-нанокристалдарды синтездеу Cu2O нанокристалдардың орналасу тығыздығымен BHJ-дегі кемтіктердің ұзындығына сәйкес келеді. Бұл HTL морфологиясы OSCs кванттық тиімділігін, фототок пен фотовольтаикалық көрсеткіштерін арттырады. Сонымен қатар, Cu2O нанокристалдарының кристалдық ерекшеліктерінің зарядты бөлу тиімділігіне әсері зерттеледі. Ол үшін нанокристалдардың әртүрлі формалары бар Cu2O нанокристалдарының массивтері синтезделеді. Кемтіктердің тиімді бөлінуін және тасымалдануын қамтамасыз ететін Cu2O нанокристалл массивтерінің оңтайлы морфологиясы, өлшемі мен тығыздығы белгіленеді.
  3. HTL морфологиясын (Ерітінді концентрациясы, тұндыру жылдамдығы, температура, бетті алдын ала өңдеу және т.б.) ескере отырып, BHJ тұндыру процесі оңтайландырылады. BHJ материалдары ретінде P3HT:PC60BM негізіндегі стандартты донорлық-акцепторлық қоспалар, PTB7:PC70BM, PTB7:Th:РC70BM және ITIC негізіндегі акцепторлық материалмен үйлесімді басқа фотоактивті полимерлер қолданылады. BHJ морфологиясы мен жергілікті электрлік қасиеттері сканерлеуші зондтық микроскопия әдістерімен зерттеледі. OSCs-тегі заряд тасымалдаушыларды тасымалдау және рекомбинациялау механизмдері флуоресцентті спектроскопия және импеданс спектроскопия әдістерімен зерттеледі. Шыны/FTO/CuSCN/Cu2O/BHJ/LiF/Аl құрылымының әрбір OSCs функционалды қабатының синтезі мен тұндыру процестері оңтайландырылады. 3-тапсырманы іске асырудың нәтижесі жоғары тиімді OSCs мен 2D зарядты бөлу механизмін әзірлеу болады.

Күтілетін нәтижелер

Жобаны іске асыру нәтижесінде органикалық күн элементтері үшін кемтіктік өткізгіш электр тасымалдау қабаты (HTL) ретінде мыс тиоцианаты/мыс оксиді (CuSCN/Cu2O) нанокомпозиттік қабықшаларды синтездеу технологиясы әзірленеді. Синтезделген CuSCN/Cu2O қабықшалары негізінде екі өлшемді зарядты бөлу механизмі бар жоғары тиімді органикалық күн элементтері әзірленеді. CuSCN/Cu2O:текшеден октаэдрге дейінгі Cu2O нанокристалдарының әртүрлі морфологиясы бар фотоактивті қабат жүйесіндегі заряд тасымалдаушылардың тасымалдау динамикасы егжей-тегжейлі зерттеледі.

Алынған нәтижелер негізінде Web of Science базасының Science Citation Index Expanded индекстелетін және (немесе) Scopus базасында кемінде 50 (елу) CiteScore бойынша процентилі бар жобаның ғылыми бағыты бойынша рецензияланатын ғылыми басылымдарда кемінде 3 (үш) мақала және (немесе) шолулар жарияланатын болады; және кемінде 2 (Қазақстан Республикасы Білім министрлігінің Білім беру саласындағы сапаны қамтамасыз ету комитеті (КОКСНВО) ұсынған рецензияланатын шетелдік немесе отандық басылымдардағы мақаламен немесе шолулармен толықтырылады.

Осы жобаның нәтижелері Қазақстан Республикасында нанотехнология мен жасыл технологияларды дамытуға ықпал ететін болады. Жобаны іске асыру шеңберінде наноқұрылымды жұқа қабықшаларды синтездеу, үшінші буын күн элементтерін әзірлеу, наноматериалдар мен жартылай өткізгіш құрылғыларды зерттеу және сипаттау әдістері бойынша практикалық білім мен дағдыларды алатын магистранттар мен PhD докторанттары тартылатын болады.

Жоба нәтижелері

№

Шарт бойынша жұмыстардың атауы

Нәтиже

1

Синтез пленок тиоцианат меди (CuSCN)

Методам электрохимического осаждения синтезированы тонкие пленки тиоцианат меди (CuSCN) в качестве дырочно-транспортного слоя органических солнечных элементах (ОСЭ). Синтез пленок CuSCN проводился на стеклянных подложках покрытых проводящим слоем FTO (100 нм). Синтез проводился из водного раствора медного сульфата (CuSO4) и тиоцианата (SCN-) в качестве исходных реагентов. Детально было исследовано влияние режимов электрохимического осаждения (концентрация, температура и pH раствора, потенциала электрода и плотности тока) на морфологию и структуру получаемых тонких пленок CuSCN.

В результате проведённой работы были получены тонкие пленки CuSCN с контролируемой морфологией, структурой, и оптическими и электрическими свойствами в качестве дырочно-транспортного слоя ОСЭ. Характеризация синтезированных пленок проводились различными методами исследования: рентгеновская дифракция (XRD) для определения кристаллической структурны; сканирующая электронная микроскопия (SEM) и атомно-силовая микроскопия (АСМ) для анализа морфологии; оптическая спектроскопия для измерения спектров поглощения и пропускания, и четырехзондовый метод измерения сопротивления для определения электрически свойств.

2

Синтез наноструктурированных пленок оксида меди (Cu2O).

Проведены работы по разработке и оптимизации технологии синтеза наноструктурированных пленок оксида меди (Cu2O) в качестве дырочно-транспортного слоя ОСЭ. Были синтезированы наноструктурированные плёнкам Cu2O с размерностью нанокристаллов соответствующего длине пробега экситона в объемном гетеропереходе фотоактивного слоя в ОСЭ.

Синтез наноструктурированных пленок Cu2O проводился из водного раствора CuSO4 и молочной кислоты с добавлением различных поверхностно-активных веществ (ПАВ) для модификации морфологии растущих кристаллов и их размеров. В результате реализации данной задачи, нами была отработана методика осаждения наноструктурированных пленок Cu2O с заданной морфологией и размерами нанокристаллов обеспечивающий 2D транспорт носителей заряда.

Методами атомно-силовой микроскопии в контактном токовом режиме изучены электрические свойства отдельных нанокристаллов Cu2O с различной морфологией.

Жоба командасы

Завгородний Алексей Владимирович, Ph.D.

Жобаның ғылыми жетекшісі

Жобадағы рөлі: зерттеу тобының барлық мүшелері үшін зерттеу мақсаттары мен міндеттерін белгілеу. Ғылыми-зерттеу жұмыстарын бақылау және жүргізу. Үлгілерді синтездеу. Үлгілердің морфологиясын зерттеу. Алынған нәтижелерді талдау. Атқарылған жұмыс туралы есептер мен мақалалар жазу

 

Ильясов Бауржан Рашитұлы, қауымдастырылған профессор, Ph.D.

Жетекші ғылыми қызметкер

Жобадағы рөлі: үлгілерді синтездеу. Күн элементтерін құрастыру. ВАС және спектр кедергісін өлшеу және талдау. Есептер мен мақалалар жазу.

 

Кудряшов Владислав Владимирович, PhD

Аға ғылыми қызметкер;

Жобадағы рөлі: СЭМ және АКМ әдістерімен үлгілердің морфологиясын зерттеу. XPS және XRD әдістерімен үлгі құрылымын зерттеу. Алынған нәтижелерді талдау. Есептер мен мақалалар жазу.

 

Серіков Тимур Маратұлы, PhD

Аға ғылыми қызметкер;

Жобадағы рөлі: жұқа қабықшалардың синтезі. OSCs-тегі рекомбинациялық процестер мен деградация механизмдерін зерттеу, нәтижелерді талдау. Есептер мен мақалалар жазу

 

Қамбар Динара Серікбайқызы, техника ғылымдарының магистрі

Ғылыми қызметкер

Жобадағы рөлі: үлгілерді синтездеу. Күн элементтерін құрастыру. Электрлік қасиеттерді өлшеу. Есептер жазу.

 

Сейсенбаева Гүлсая Серікқызы, жаратылыстану ғылымдарының магистрі

Ғылыми қызметкер

Жобадағы рөлі: үлгілерді синтездеу. Күн элементтерін құрастыру. Электрлік қасиеттерді өлшеу. Есептер жазу. Жоба бойынша құжаттаманы енгізу.