The object of research, development or design (in Russian) : Перовскитные солнечные элементы, тонкие пленки с дырочной проводимостью, тонкие пленки с электронной проводимостью

The object of research, development or design (in Kazakh) : Перовскитті күн элементтері, кемтіктік өткізгіштігі бар жұқа пленкалар, электронды өткізгіштігі бар жұқа пленкалар

Aim of work (in Russian) : Цель проекта - улучшение характеристик и стабильности перовскитных солнечных элементов на основе нанокомпозитных пленок

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның мақсаты - нанокомпозиттік пленкалар негізінде перовскитті күн элементтерінің өнімділігі мен тұрақтылығын жақсарту.

Методы исследования (на русском) : В работе применялись различные методы синтеза тонких пленок, различные методы исследования свойств тонких пленок и также различные метода характеризации фотовольтаических параметров солнечных элементов: - Синтез тонких пленок методом электрохимического осаждения - Синтез тонких пленок методом золь-гель - Исследования морфологии тонких пленок методом сканирующей электронной микроскопии - Исследования морфологии тонких пленок методом атомно-силовой микроскопии - Исследования структуры тонких пленок методами рентгеновский дифрактометрии - Исследования элементного состава методами энергодисперсионного анализа -Исследования механизмов переноса носителей заряда методами электрохимической импедансной спектроскопии - Исследования оптических свойств материалов методами оптической спектроскопии - Исследования вольтамперных характеристик солнечных элементов

Методы исследования (на казахском) : Жұмыста жұқа пленкаларды синтездеудің, жұқа пленкалардың қасиеттерін зерттеудің және күн элементтерінің фотовольталық параметрлерін сипаттаудың әртүрлі әдістері қолданылды: - Электрохимиялық тұндыру әдісімен жұқа пленкаларды синтездеу - Золь-гель әдісімен жұқа пленкаларды синтездеу - Сканерлеуші электронды микроскопия әдісімен жұқа пленкалардың морфологиясын зерттеу - Атомдық-күштік микроскопия әдісімен жұқа пленкалардың морфологиясын зерттеу - Рентгендік дифрактометрия әдістерімен жұқа пленкалардың құрылымын зерттеу - Энергодисперсиялық талдау әдістерімен элементтік құрамды зерттеу - Электрохимиялық импеданс спектроскопиясы әдістерімен заряд тасымалдаушыларды тасымалдау механизмдерін зерттеу - Оптикалық спектроскопия әдістерімен материалдардың оптикалық қасиеттерін зерттеу - Күн элементтерінің вольтамперлік сипаттамаларын зерттеу.

Obtained results and novelty (in Russian) : В ходе выполнения проекта были достигнуты значительные успехи в разработке перовскитных солнечных элементов на основе нанокомпозитных пленок соединении меди в качестве HTL и TiO2/ZnO в качестве ETL. Синтезированные HTL и ETL продемонстрировали улучшенные электрические и оптические свойства благодаря контролируемой морфологии, что позволило повысить процессы разделения и переноса носителей заряда. Особое внимание уделялось взаимодействию на границе раздела перовскит/HTL и перовскит/ETL. Оптимизация синтеза перовскитного слоя снизила потери на границе раздела и улучшила транспортировку зарядов, что повысило эффективность и долговечность солнечных элементов. Дополнительно разработаны методы нанесения ZnO и TiO2, улучшившие фотовольтаические характеристики. Также разработаны новые подходы к моделированию процессов переноса ионов в органических тонких пленках, что дало возможность глубже понять механизмы гистерезиса в вольтамперных характеристиках. Это поможет в будущем создавать более стабильные устройства, минимизируя влияние ионной диффузии. Полученные результаты подтверждают, что использование неорганических материалов с оптимизированной морфологией повышает эффективность PSCs. В рамках проекта опубликованы 3 статьи, в том числе в журналах Q2-Q3, и коллективная монография.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Жобаны орындау барысында мыс HTL және TiO2/ZnO ETL ретінде біріктірілген нанокомпозиттік пленкаларға негізделген перовскитті күн элементтерін өңдеуде айтарлықтай жетістіктерге қол жеткізілді. Синтезделген HTL және ETL бақыланатын морфологияның арқасында жақсартылған электрлік және оптикалық қасиеттерді көрсетті, бұл заряд тасымалдаушыларды бөлу және тасымалдау процестерін арттыруға мүмкіндік берді. Перовскит/HTL және перовскит/ETL интерфейсіндегі өзара әрекеттесуге ерекше назар аударылды. Перовскит қабатының синтезін оңтайландыру интерфейстегі шығындарды азайтты және зарядтардың тасымалдануын жақсартты, бұл күн элементтерінің тиімділігі мен беріктігін арттырды. Сонымен қатар, ZnO және TiO2 фотовольтаикалық сипаттамаларын жақсартатын жағу әдістері әзірленді. Сондай-ақ органикалық жұқа пленкалардағы иондарды тасымалдау процестерін модельдеудің жаңа тәсілдері әзірленді, бұл вольтамперлік сипаттамалардағы гистерезис механизмдерін тереңірек түсінуге мүмкіндік берді. Бұл болашақта иондық диффузияның әсерін азайту арқылы тұрақты құрылғыларды құруға көмектеседі. Алынған нәтижелер оңтайландырылған морфологиясы бар бейорганикалық материалдарды пайдалану PSCs тиімділігін арттыратынын растайды. Жоба аясында 3 мақала, соның ішінде Q2-Q3 журналдарында және ұжымдық монография жарияланды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Конструктивные показатели: Синтезированы нанокомпозитные пленки неорганических HTL на основе соединений меди и ETL (TiO2 и ZnO) с улучшенными электрическими и оптическими свойствами. Контролируемая морфология пленок способствует эффективному разделению и переносу зарядов, что улучшает характеристики солнечных элементов. Оптимизация синтеза перовскитного слоя позволила минимизировать потери на границе раздела перовскит/HTL и перовскит/ETL, улучшив транспортировку носителей заряда. Это способствовало увеличению эффективности солнечных элементов и их долговечности. Оптимизация морфологии пленок ETL ZnO и TiO2 позволило улучшить фотовольтаические характеристики за счет более стабильной структуры и оптимизированного взаимодействия слоев. Технико-экономические показатели: Применение методов электрохимического осаждения и центрифугирования (spin-coating) существенно снизило затраты на производство полупроводниковых пленок. Эти методы позволяют проводить синтез при низких температурах и без необходимости использования дорогостоящего оборудования. Выбор неорганических материалов (HTL и ETL) вместо традиционных органических селективных контактов, таких как Spiro-MeOTAD, сокращает себестоимость производства солнечных элементов, делая технологию более доступной для массового внедрения.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Кострукциялық көрсеткіштер: жақсартылған электрлік және оптикалық қасиеттері бар мыс және ETL (TiO2 және ZnO) қосылыстары негізінде бейорганикалық HTL нанокомпозиттік пленкалары синтезделді. Бақыланатын пленка морфологиясы зарядтардың тиімді бөлінуіне және тасымалдануына ықпал етеді, бұл күн элементтерінің жұмысын жақсартады. Перовскит қабатын синтездеуді оңтайландыру заряд тасымалдаушыларды тасымалдауды жақсарту арқылы перовскит/HTL және перовскит/ETL интерфейсіндегі шығындарды азайтуға мүмкіндік берді. Бұл күн элементтерінің тиімділігі мен беріктігін арттыруға ықпал етті. ETL ZnO және TiO2 пленкаларының морфологиясын оңтайландыру тұрақты құрылым мен қабаттардың оңтайландырылған өзара әрекеттесуі арқылы фотовольтаикалық өнімділікті жақсартуға мүмкіндік берді. Техникалық-экономикалық көрсеткіштер: электрохимиялық тұндыру және центрифугалау (spin-coating) әдістерін қолдану жартылай өткізгіш пленкаларды өндіру шығындарын айтарлықтай төмендетті. Бұл әдістер синтезді төмен температурада және қымбат жабдықты қажет етпестен жүргізуге мүмкіндік береді. Spiro-MeOTAD сияқты дәстүрлі органикалық селективті контактілердің орнына бейорганикалық материалдарды (HTL және ETL) таңдау күн элементтерін өндіру құнын төмендетеді, бұл технологияны жаппай қолдануға қол жетімді етеді.

Level of implementation (in Russian) : Результаты данного проекта активно внедряются в образовательный процесс, научно-исследовательскую работу студентов (НИРС) и научно-исследовательскую работу магистрантов (НИРМ) в Astana IT University. В рамках тематики проекта было успешно выполнено 6 дипломных работ и 1 диссертационное исследование на степень PhD. Разработанные в ходе проекта методы, технологии и устройства находят свое практическое применение в образовательной программе бакалавриата по направлениям Smart Technology и Electronics Engineering. Эти достижения интегрированы в учебные курсы по дисциплинам "Электроника" и "Материаловедение", что позволяет студентам осваивать передовые технологии и актуальные исследования в области перовскитных солнечных элементов и нанокомпозитных материалов. В результате студенты получают уникальные навыки работы с современными технологиями, которые востребованы на рынке труда и обеспечивают высокую степень подготовки специалистов в области электроники и материаловедения.

Level of implementation (in Kazakh) : Бұл жобаның нәтижелері Astana IT University-де білім беру процесіне, студенттердің ғылыми-зерттеу жұмыстарына (СҒЗЖ) және магистранттардың ғылыми-зерттеу жұмыстарына (МҒЗЖ) белсенді енгізілуде. Жоба тақырыбы аясында 6 дипломдық жұмыс және PhD дәрежесіне 1 диссертациялық зерттеу сәтті орындалды. Жоба барысында әзірленген әдістер, технологиялар мен құрылғылар Smart Technology және Electronics Engineering бағыттары бойынша бакалавриаттың білім беру бағдарламасында өздерінің практикалық қолданылуын табады. Бұл жетістіктер студенттерге перовскитті күн элементтері мен нанокомпозиттік материалдар саласындағы озық технологиялар мен өзекті зерттеулерді меңгеруге мүмкіндік беретін "Электроника" және "материалтану" пәндері бойынша оқу курстарына біріктірілген. Нәтижесінде студенттер еңбек нарығында сұранысқа ие, электроника және материалтану саласындағы мамандарды даярлаудың жоғары дәрежесін қамтамасыз ететін заманауи технологиялармен жұмыс істеудің бірегей дағдыларын алады.

Efficiency (in Russian) : Эффективность реализации проекта высокая. Задачи календарного плана на 2022-2024 год выполнены на 100%, бюджетная заявка на 2022-2024 год полностью освоена. Все обязательство согласно договору выполнены.

Efficiency (in Kazakh) : Жобаны іске асырудың тиімділігі жоғары. 2022-2024 жылдарға арналған күнтізбелік жоспардың міндеттері 100% орындалды, 2022-2024 жылдарға арналған бюджеттік өтінім толық игерілді. Шартқа сәйкес барлық міндеттемелер орындалды.

Field of application (in Russian) : Результаты проекта найдут широкое применение в различных областях науки и техники, открывая возможности для дальнейших исследований и инновационных решений: Солнечная энергетика: Разработанные перовскитные солнечные элементы на основе нанокомпозитных пленок могут быть использованы для создания солнечных панелей, что способствует развитию возобновляемых источников энергии и снижению углеродного следа. Электроника и сенсоры: Полученные знания о переносе заряда и взаимодействии на границе раздела перовскитных слоев помогут в разработке высокочувствительных сенсоров и электронных устройств, применимых в биомедицине, мониторинге окружающей среды и интеллектуальных системах. Материаловедение и нанотехнологии: Методы синтеза нанокомпозитных пленок пригодны для создания новых материалов с улучшенными свойствами, которые могут быть использованы в производстве светодиодов, транзисторов и других полупроводниковых устройств. Образование: Внедрение результатов проекта в учебные программы Astana IT University позволит обучать студентов современным технологиям электроники и материаловедения, что повысит их квалификацию и конкурентоспособность. Научные исследования: Результаты проекта будут способствовать развитию исследований в области органической электроники и перовскитных материалов, став основой для будущих открытий и улучшений полупроводниковых устройств.

Field of application (in Kazakh) : Жобаның нәтижелері ғылым мен техниканың әртүрлі салаларында кеңінен қолданылады, әрі қарай зерттеулер мен инновациялық шешімдерге мүмкіндік береді: Күн энергетикасы: нанокомпозиттік пленкаларға негізделген перовскитті күн элементтерін жаңартылатын энергия көздерін дамытуға және көміртегі ізін азайтуға ықпал ететін күн панельдерін жасау үшін пайдалануға болады. Электроника және сенсорлар: перовскит қабаттарының интерфейсіндегі зарядты тасымалдау және өзара әрекеттесу туралы алынған білім биомедицинада, қоршаған ортаны бақылауда және интеллектуалды жүйелерде қолданылатын жоғары сезімтал сенсорлар мен электронды құрылғыларды жасауға көмектеседі. Материалтану және нанотехнология: нанокомпозиттік пленкаларды синтездеу әдістері жарықдиодты, транзисторларды және басқа жартылай өткізгіш құрылғыларды өндіруде қолдануға болатын жақсартылған қасиеттері бар жаңа материалдарды жасауға жарамды. Білім: жоба нәтижелерін Astana IT University оқу бағдарламаларына енгізу студенттерді заманауи электроника және материалтану технологияларына оқытуға мүмкіндік береді, бұл олардың біліктілігі мен бәсекеге қабілеттілігін арттырады. Ғылыми зерттеулер: жобаның нәтижелері органикалық электроника және перовскит материалдары бойынша зерттеулердің дамуына ықпал етеді, бұл болашақ жартылай өткізгіш құрылғылардың ашылуы мен жетілдірілуіне негіз болады.