AP13067629 «Разработка первоскиных солнечных элементов на основе нанокомпозитных пленок тиоцианат меди/оксида меди»

Наименование конкурса: МНВО РК, 2022-2024 годы (34 мес)

Сумма финансирования: 72.313 млн. тенге

В предлагаемом проекте будут разработаны высокоэффективные и стабильные перовскитные солнечные элементы на основе нанокомпозитных пленок CuSCN/Cu₂O. Для этого будут разработаны методы синтеза пленок CuSCN, Cu₂O и CuSCN/Cu₂O с контролируемой морфологией и электрическими свойствами, и оптимизированы методы синтеза перовскитного слоя. Будут изучены механизмы генерации и переноса носителей заряда в PSCs, и причины деградации функциональных материалов в PSCs.

улучшение характеристик и стабильности перовскитных солнечных элементов на основе нанокомпозитных пленок CuSCN/Cu₂O. Для реализации цели проекта будут разработана технология синтеза CuSCN/Cu₂O пленок с контролируемой структурой, морфологией и электрическими свойствами. Также будет оптимизирован метод синтеза перовскитного слоя на поверхности нанокомпозитного слоя CuSCN/C_u2O для улучшения структуры перовскитного слоя и границы раздела.

Задача 1. Синтез пленок CuSCN с контролируемой морфологией и электрическими свойствами.

Задача 2. Синтез нанокомпозитной пленки CuSCN/Cu₂O с контролируемой морфологией и электрическими свойствами.

Задача 3. Синтез перовскитного слоя на поверхности нанокомпозитной пленки CuSCN/Cu₂O.

Задача 4. Исследовать механизмы рекомбинации носителей заряда в перовскитных солнечных элементах на основе нанокомпозитных пленок CuSCN/Cu₂O.

Задача 5. Исследовать механизмы деградации в перовскитных солнечных элементах на основе нанокомпозитных пленок CuSCN/Cu₂O.

1. В результате реализации задачи 1 будут синтезированы пленки CuSCN с различной морфологией и структурой. Будет также исследовано влияние морфологии и структуры пленок CuSCN на электрические и оптические свойства. Морфология будет изучаться методами сканирующий электронной (СЭМ) и атомно-силовой микроскопией (АСМ). Структура будет исследоваться методами рентгеноструктурного анализа (XRD) и методами фотоэлектронной спектроскопии (XPS).
2. В результате реализации задачи 2 будут синтезированы пленки CuSCN/Cu₂O с различной морфологией Cu₂O. Будет также исследовано влияние морфологии и структуры нанокомпозитной пленок CuSCN/Cu₂O на электрические и оптические свойства. Методами импедансной спектроскопии будет исследована динамика переноса дырок в нанокомпозитной пленке CuSCN/Cu₂O. Морфология пленок будет изучаться методами СЭМ и АСМ. Структура пленок будет исследоваться методами рентгеноструктурного анализа (XRD) и методами фотоэлектронной спектроскопии (XPS).
3. В результате реализации задачи 3 будет разработана технология синтеза перовскитного слоя с учетом особенностей поверхности пленок CuSCN/Cu₂O и оптимизирован процесс кристаллизации перовскита. Будут получены перовскитные пленки с оптимальной структурой и морфологией. Методами импедансной спектроскопии и фотолюминесценцентной спектроскопии будет исследована динамика переноса и рекомбинации дырок в системе CuSCN/Cu₂O/перовскит. Морфология перовскитного слоя будет изучаться методами СЭМ и АСМ. Структура перовскитного слоя будет исследоваться методами XRD и XPS.
4. В результате реализации задачи 4 будут получены высокоэффективные перовскитные солнечные элементы на основе нанокомпозитных пленок CuSCN/Cu₂O.
5. В результате реализации задачи 5 будут установлены механизмы деградации PSCs, что позволит найти способы предотвращения деградации функциональных слоев PSCs и улучшить стабильность PSCs.

На основе результатов научных исследований, проведенных в рамках проекта, будет опубликовано не менее 2 (двух) статей и (или) обзоров в рецензируемых научных изданиях по научному направлению проекта, индексируемых в Science Citation Index Expanded базы Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 50 (пятидесяти); не менее 1 (одной) статьи или обзора в рецензируемом зарубежном или отечественном издании, рекомендованном КОКСОН (либо не менее 1 (одной) статьи или обзора в рецензируемом научном издании, входящем в 1 (первый) квартиль по импакт-фактору в базе Web of Science). Также будет опубликована 1 монография или учебное пособие по научному направлению проекта.

Для популяризации науки, распространения информации о результатах, повышения вероятности их внедрения и коммерциализации будет создана веб-страница на сайте Astana IT University на которой будет указана краткая информация о проекте: актуальность, цель, ожидаемые и достигнутые результаты, имена и фамилии членов исследовательской группы с их идентификаторами (Scopus Author ID, и/или Researcher ID, и/или ORCID) и ссылками на соответствующие профили, список публикаций (со ссылками на них) информация для потенциальных пользователей. Информация на веб-странице будет регулярно обновляться (не реже 2 раз в год) с 2022 по 2025 гг. По каждой научной публикации в рамках проекта на веб-странице будет опубликована информация о ее содержании и возможном применении.

Научным эффектом данного проекта будет являться знание о механизмах переноса носителей заряда в многокомпонентных и композитных наноструктурированных солнечных элементах, процессах деградации в материалах перовскитных солнечных элементов, локальная корреляция процессов переноса носителей заряда и деградации со структурными, композиционными и функциональными изменениями.

Целевыми потребителями результатов могут быть как академические учреждения, так и компании-производители, занимающиеся разработкой электронных приборов и устройств;

Окончательным результатом проекта будет являться разработка оптимизированной структуры перовскитных солнечных элементов, которая позволит улучшить перенос и накопление носителей заряда в устройствах, избежать выявленных механизмов деградации и обеспечить более длительное и эффективное функционирование солнечных элементов.

Продление срока эксплуатации недорогих перовскитных солнечных элементов позволит Казахстану и другим странам широко использовать солнечную энергию. Это позволит сократить выбросы, связанные с использованием ископаемого топлива. В более широком смысле, данная работа будет способствовать экономическому развитию и защите окружающей среды посредством продления срока службы и эффективности перовскитных солнечных элементов.

Ильясов Бауржан Рашитович, ассоциированный профессор, PhD

Научный руководитель проекта

Роль в проекте: Постановка целей и задач исследования для всех членов исследовательской группы. Контроль и проведение научно-исследовательских работ. Синтез образцов. Исследования морфологии образцов. Анализ полученных результатов. Написания отчетов о проделанной работе и статей.

 

Кудряшов Владислав Владимирович, PhD

Старший научный сотрудник

Роль в проекте: Исследования морфологии образцов на СЭМ и АСМ. Исследования структуры образцов на XPS и XRD. Анализ полученных результатов. Написания отчетов проделанной работы и статей.

 

Завгородний Алексей Владимирович, PhD

Старший научный сотрудник

Роль в проекте: Синтез образцов. Сборка перовскитных солнечных элементов. Измерение оптических и электрических свойств образцов. Написания отчетов проделанной работы и статей.

 

Сейсенбаева Гулсая Сериковна, магистр естественных наук

Научный сотрудник

Роль в проекте: Синтез образцов. Сборка перовскитных солнечных элементов. Измерение электрических свойств. Написания отчетов проделанной работы.

№	Наименование работ по Договору	Результат
1	Синтез нанокомпозитных пленок CuSCN/Cu2O с контролируемой морфологией и электрическими свойствами.	Синтезированы нанокомпозитные пленки CuSCN/Cu2O с различной морфологией и структурой. Исследовано влияние морфологии и структуры нанокомпозитных пленок CuSCN/Cu2O на их электрические и оптические свойства. Изучена динамика переноса дырок на границе раздела нанокомпозитной пленки CuSCN/Cu2O методом импедансной спектроскопии. Определены влажнеющие параметры переноса носителей заряда: подвижность носителей заряда и параметры, характеризующие рекомбинацию носителей заряда на границе раздела. Опубликована статья в рецензируемом отечественном издании, рекомендованном КОКСОН: T.M. Mukametkali, X.S. Rozhkova, A.K. Aimukhanov, B.R. Ilyassov, K. Apshe, A.K. Zeinidenov The effect of the CH3NH3PbClxI3-x perovskite layer thickness and grain size on its electrophysical and optical properties // BULLETIN OF THE KARAGANDA UNIVERSITY, PHYSICS Series № 3(111)/2023, PP.107-118 DOI 10.31489/2023PH3/107-118
2	Синтез перовскитного слоя на поверхности нанокомпозитной пленки CuSCN/Cu2O.	Была отработана технология синтеза перовскитного слоя на поверхности стандартной полупроводниковой пленки TiO2 и оптимизировано толщина фотоактивного слоя. Далее была разработана технология синтеза перовскитного слоя с учетом особенностей поверхности пленок CuSCN/Cu2O и оптимизирован процесс кристаллизации перовскита. Был отработан процесс преподготовки поверхности пленки Cu2O для увеличения смачиваемости раствором перовскита. Оптимизированы режимы осаждения методом spin-coating, скорость вращения, время вращения, сушка потоком азота, и режимы отжига. В результате были получены перовскитные пленки с оптимальной структурой и морфологией для разработки перовскитных солнечных элементов. Была исследована динамика переноса и рекомбинации дырок в системе CuSCN/Cu2O/перовскит комбинированием методов импедансной спектроскопии и фотолюминесценцентной спектроскопии. На основе проведённой работы опубликована статья в рецензируемом научном издании по научному направлению проекта, входящих в 1 (первый), 2 (второй) либо 3 (третий) квартиль по импакт-фактору в базе Web of Science: T.M. Mukametkali, B.R. Ilyassov, A.K. Aimukhanov, T.M. Serikov, A.S. Baltabekov, L.S. Aldasheva, A.K. Zeinidenov Effect of the TiO2 electron transport layer thickness on charge transfer processes in perovskite solar cells // Physica B: Condensed Matter 659 (2023) 414784 https://doi.org/10.1016/j.physb.2023.414784