AP13067629 «Мыс тиоцианаты/мыс оксиді нанокомпозиттік қабықшалары негізінде перовскиттік күн элементтерін әзірлеу»

Конкурс атауы: ҚР БҒМ, 2022-2024 жыл (34 ай)

Қаржыландыру суммасы: 72.313 млн. тенге

Берілген жобада CuSCN/Cu₂O нанокомпозитті қабықша негізіндегі тұрақты және жоғарытиімділіктегі перовскитті күн элементтері жасалынады. Бұл үшін перовскитті қабатты синтездеу әдісі оптимизацияланады және электрлік қасиеттермен және бақыланған морфологиясымен CuSCN, Cu₂O және CuSCN/Cu₂O қабықшаларын синтездеу әдісі әзірленеді. PSCs-тің функционалды материалдарын деградациясының себебі мен PSCs заряд тасушыларды ауыстыру және генерациялау механизімі зерттеледі.

CuSCN/Cu₂O нанокомпозиттік қабықшалар негізінде перовскиттік күн элементтерінің сипаттамалары мен тұрақтылығын жақсарту. Жобаның мақсатын іске асыру үшін құрылымы, морфологиясы және электрлік қасиеттері бақыланатын қабықшаларды СuSCN/Cu₂O синтездеу технологиясы әзірленетін болады. Сондай-ақ, перовскит қабатының құрылымы мен интерфейсін жақсарту үшін СuSCN /Cu₂O нанокомпозиттік қабатының бетіндегі перовскит қабатын синтездеу әдісі оңтайландырылады.

1 тапсырма. Бақыланатын морфологиясы және электрлік қасиеттері бар CuSCN қабықшаларын синтездеу

2 тапсырма. Бақыланатын морфологиясы және электрлік қасиеттері бар CuSCN/Cu₂O нанокомпозиттік қабықшаларын синтездеу.

3 тапсырма. CuSCN/Cu₂O нанокомпозиттік қабықшаның бетіне перовскит қабатын синтездеу.

4 тапсырма. CuSCN/Cu₂O нанокомпозиттік қабықшалары негіздегі перовскиттік күн элементтеріндегі заряд тасушылардың рекомбинация механизмдерін зерттеу.

5 тапсырма. CuSCN/Cu₂O нанокомпозиттік қабықшалары негізіндегі перовскиттік күн элементтеріндегі деградация механизмдерін зерттеу.

1. 1 тапсырманы орындау нәтижесінде әртүрлі морфологиясы мен құрылымы бар CuSCN қабықшалары синтезделеді. CuSCN қабықшаларының морфологиясы мен құрылымының электрлік және оптикалық қасиеттерге әсері де зерттеледі. Морфологияны сканерлеуші электрондық (СЭМ) және атомдық күштік микроскопия (AКM) әдістерімен зерттеледі. Құрылымды рентгендік құрылымдық талдау (XRD) және фотоэлектрондық спектроскопия (XPS) әдістерімен зерттеледі.
2. 2 тапсырманы орындау нәтижесінде әртүрлі Cu₂O морфологиясы бар CuSCN/Cu₂O қабықшалары синтезделеді. сонымен қатар CuSCN/Cu₂O нанокомпозиттік қабықшаларының морфологиясы мен құрылымының электрлік және оптикалық қасиеттерге әсері зерттеледі. Импеданс спектроскопиясының әдістері CuSCN/Cu₂O нанокомпозиттік қабықшадағы кемтіктерді тасымалдау динамикасын зерттейді. Қабықша морфологиясын СЭМ және AКM әдістері зерттейді. Қабықша құрылымын рентгендік құрылымдық талдау (XRD) және фотоэлектрондық спектроскопия (XPS) әдістері зерттейді.
3. 3 тапсырманы іске асыру нәтижесінде CuSCN/Cu₂O қабықшаларының беткі ерекшеліктерін ескере отырып, перовскит қабатын синтездеу технологиясы әзірленеді және перовскиттің кристалдану процесі оңтайландырылады. Оңтайлы құрылымы мен морфологиясы бар перовскит қабықшалары алынады. Импеданс спектроскопиясы және фотолюминесценттік спектроскопия әдістерімен CuSCN/Cu₂O/перовскит жүйесіндегі кемтіктерді тасымалдау және рекомбинациялау динамикасы зерттеледі. Перовскит қабатының морфологиясын СЭМ және АКМ әдістері зерттейді. Перовскит қабатының құрылымы XRD және XPS әдістерімен зерттеледі.
4. 4 тапсырманы орындау нәтижесінде CuSCN/Cu₂O нанокомпозиттік қабықшалары негізінде жоғары тиімді перовскитті күн элементтері алынады.
5. 5 тапсырманы іске асыру нәтижесінде PSCs деградация механизмдері орнатылады, бұл PSCs функционалдық қабаттарының деградациясының алдын алу жолдарын табуға және PSCs тұрақтылығын жақсартуға мүмкіндік береді.

Жоба шеңберінде жүргізілген ғылыми зерттеулердің нәтижелері негізінде Web of Science базасының Science Citation Index Expanded индекстелетін және (немесе) Scopus базасында кемінде 50 (елу) Сitescore бойынша процентилі бар жобаның ғылыми бағыты бойынша рецензияланатын ғылыми басылымдарда кемінде 2 (екі) мақала және (немесе) шолулар жарияланатын болады; КОКСОН ұсынған рецензияланатын шетелдік немесе отандық басылымда кемінде 1 (бір) мақала немесе шолу Web of Science базасында импакт-фактор бойынша 1 (бірінші) квартильге кіретін рецензияланатын ғылыми басылымда кемінде 1 (бір) мақала немесе шолу, сондай-ақ жобаның ғылыми бағыты бойынша 1 монография немесе оқу құралы жарияланады.

Бұл жобаның ғылыми әсері көп компонентті және композитті наноқұрылымды күн элементтеріндегі заряд тасушыларды тасымалдау механизмдері туралы, перовскиттік күн элементтерінің материалдарындағы деградация процестері туралы, заряд тасушыларды тасымалдау процестерінің жергілікті корреляциясы және құрылымдық, композициялық және функционалды өзгерістері бар деградация туралы білім болып табылады.

Нәтижелердің мақсатты тұтынушылары академиялық мекемелер де, электронды аспаптар мен құрылғыларды жасаумен айналысатын өндірістік компаниялар да бола алады.

Жобаның соңғы нәтижесі құрылғылардағы заряд тасушылардың тасымалдануы мен жинақталуын жақсартуға, анықталған деградация механизмдерін болдырмауға және күн элементтерінің ұзақ және тиімді жұмыс істеуін қамтамасыз етуге мүмкіндік беретін перовскиттік күн элементтерінің оңтайландырылған құрылымын әзірлеу болып табылады.

Қымбат емес перовскиттік күн элементтерінің қызмет ету мерзімін ұзарту Қазақстанға және басқа елдерге күн энергиясын кеңінен пайдалануға мүмкіндік береді. Бұл қазбалы отынды пайдаланумен байланысты шығарындыларды қысқартуға мүмкіндік береді. Кең мағынада, бұл жұмыс перовскиттік күн элементтерінің қызмет ету мерзімін және тиімділігін ұзарту арқылы экономикалық дамуға және қоршаған ортаны қорғауға ықпал етеді.

Ильясов Бауржан Рашитович, PhD, қауымдастырылған профессор.

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

 

Кудряшов Владислав Владимирович, PhD.

Аға ғылыми қызметкер;

Жобадағы рөлі: үлгілердің морфологиясын зерттеу СЭМ және АКМ. XPS және XRD үлгілерінің құрылымын зерттеу. Алынған нәтижелерді талдау. Атқарылған жұмыс туралы есептер мен мақалалар жазу

 

Завгородний Алексей Владимирович, , PhD

Аға ғылыми қызметкер

Жобадағы рөлі: үлгілерді синтездеу. Перовскитті күн элементтерін құрастыру. Үлгілердің оптикалық және электрлік қасиеттерін өлшеу. Атқарылған жұмыс туралы есептер мен мақалалар жазу.

Сейсенбаева Гулсая Сериковна, жаратылыстану ғылымының магистрі

Ғылыми қызметкер

Жобадағы рөлі: үлгілерді синтездеу. Перовскитті күн элементтерін құрастыру. Электрлік қасиеттерді өлшеу. Атқарылған жұмыс туралы есептер жазу

№	Шарт бойынша жұмыстардың атауы	Нәтиже
1	Бақыланатын морфологиясы және электрлік қасиеттері бар CuSCN/Cu2O нанокомпозиттік қабықшаларының синтезі.	Әртүрлі морфологиясы мен құрылымы бар CuSCN/Cu2O нанокомпозиттік қабықшалары синтезделеді. CuO/Cu2O нанокомпозиттік қабықшаларының морфологиясы мен құрылымының олардың электрлік және оптикалық қасиеттеріне әсері зерттелді. Импеданс спектроскопиясы арқылы CuSCN/Cu2O нанокомпозиттік қабықша интерфейсіндегі кемтіктерді тасымалдау динамикасы зерттелді. Заряд тасымалдаушылардың ылғалды тасымалдау параметрлері: заряд тасымалдаушылардың қозғалғыштығы және интерфейстегі заряд тасымалдаушылардың рекомбинациясын сипаттайтын параметрлер анықталды. КОКСОН ұсынған рецензияланған отандық басылымда мақала жарияланды: 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	CuSCN/Cu2O нанокомпозиттік қабықшасының бетіндегі перовскит қабатының синтезі.	Стандартты TiO2 жартылай өткізгіш қабықшасының бетінде перовскит қабатын синтездеу технологиясы әзірленді және фотоактивті қабаттың қалыңдығы оңтайландырылды. Әрі қарай, CuSCN/Cu2O қабықшаларының беткі ерекшеліктерін ескере отырып, перовскит қабатын синтездеу технологиясы жасалды және перовскиттің кристалдану процесі оңтайландырылды. Перовскит ерітіндісімен сулануды арттыру үшін Cu2O қабықшасының бетін дайындау процесі жасалды. Тұндыру режимдері spin-coating әдісімен айналу жылдамдығы, айналу уақыты, азот ағынымен кептіру, және күйдіру режимдері оңтайландырылған. Нәтижесінде перовскит күн элементтерін дамыту үшін оңтайлы құрылымы мен морфологиясы бар перовскит қабықшалары алынды. CuSCN/Cu2O/перовскит жүйесіндегі кемтіктерді тасымалдау және рекомбинациялау динамикасы импеданс спектроскопиясы мен фотолюминесценценттік спектроскопия әдістерін біріктіру арқылы зерттелді. Жүргізілген жұмыс негізінде Web of Science базасында импакт-фактор бойынша 1 (бірінші), 2 (екінші) немесе 3 (үшінші) квартильге кіретін жобаның ғылыми бағыты бойынша рецензияланатын ғылыми басылымда мақала жарияланды: 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