The object of research, development or design (in Russian) : Оптимизация фотоэлектрохимического расщепления воды путем максимизации площади поглощения солнечной энергии и корректировки гетероструктуры

The object of research, development or design (in Kazakh) : күн энергиясын сіңіру аймағын барынша арттыру және гетерқұрылымды реттеу арқылы фотоэлектрохимиялық судың бөлінуін оңтайландыру

Aim of work (in Russian) : Оптимизированная конструкция фотоэлектродного устройства для эффективного преобразования солнечной энергии путем объединения наночастиц, преобразующих ближний ИК-диапазон в видимый, и гетероструктурного фотоэлектрода на основе Si с сенсибилизированными квантовыми точками PdS UCNP

Aim of work (in Kazakh) : PdS QD-сенсибилизацияланған UCNPs арқылы NIR-дан көрінетін жарыққа түрлендіргіш нанобөлшектер мен Si гетероқұрылымды фотоэлектродты біріктіріп күн-энергиясын тиімді түрлендірген фотоэлектрод құрылғыны оңтайландырып жобалау

Методы исследования (на русском) : Модификация гетероструктуры Si-фотоэлектрода; Синтез и разработка Ln-UCNP, преобразующих ближний ИК-диапазон 1550 нм в видимые фотоны; Изготовление UC-Si-фотоэлектродов, собирающих широкий диапазон солнечного спектра.

Методы исследования (на казахском) : Si фотоэлектродының гетероқұрылымын модификациялау; 1550нм NIR дан көрінетін фотонға түрленетін Ln UCNPs синтездеп әзірлеу; Күн спектрін кең ауқымын жинайтын UC-Si фотоэлектродтарын дайындау

Obtained results and novelty (in Russian) : Результаты: - Проведены оптические исследования кремниевых (Si) интерфейсов, а также изучены и приготовлены эффективные типы упорядоченных гетероструктурных буферных слоев. - На комплексно изученных кремниевых подложках созданы металл-оксидные гетероструктуры. Одновременно с этим были синтезированы наночастицы квантовых точек Ln и PbS, изучено их оптическое и фотолюминесцентное излучение, а также приготовлен прекурсор фотоэлектрода. - Проведена фотонная ап-конверсия PbS-КТ@LnUC-NPs, и успешно протестирован фотоэлектрод на основе металл-оксидной/Si гетероструктуры. - За весь период реализации проекта опубликовано 2 научные статьи в международных журналах, индексируемых в базах данных Scopus и Web of Science. 1 статья принята к публикации в журнале, рекомендованном Министерством науки и высшего образования Республики Казахстан. Кроме того, проведено два доклада на научной конференции. Кроме того, 3 статьи были направлены в журналы, индексируемые в базах данных Web of Science, которые в настоящее время проходят малую и большую редакционную доработку.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Алынған нәтижелер: - Кремний(Si) интерфейстері оптикалық зерттелді және Гетероқұрылымды буферлік қабат үшін реттелген тиімді түрлері зерттеліп дайындалды. - Кешенді зерттелген Si төсеніштеріне метал-тотық гетероқұрылымдар құрылды. Сонымен бірге Ln және PbS QD нанобөлшектері синтезделіп, отикалық, PL, эмиссиялары қаралып, фотоэлектрод алғы шарты дайындалды. - PbS-QDs@LnUC-NPs фотондық жоғары-түрлендіру жүзеге асты, және метал-тотық/Si гетероқұрылымды фотоэлектрод сынағы сәтті жасалды. - Жобаны жүзеге асыру барысында бүкіл кезең ішінде Scopus және Web of Science деректер базаларында индекстелген халықаралық журналдарда 2 ғылыми мақала жарияланды. Қазақстан Республикасы Ғылым және жоғары білім министрлігінің БҒСБК ұсынған журналға 1 мақала қабылданды. Қосымша, ғылыми конференцияда екі презентация жасалды. Сонымен қатар, Web of Science дерекқорларында индекстелген журналдарға 3 мақала жіберілді, қазіргі уақытта редакциялық кіші және үлкен қайта қарау кезінде.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Целью проекта является разработка фотоэлектродных устройств, сочетающих в себе сенсибилизированные квантовыми точками PdS UCNP с кремниевыми гетероструктурами, оптимизирующих преобразование солнечной энергии за счёт настройки гетероструктуры и максимального поглощения в ближнем ИК- и видимом спектрах. Ключевые технические характеристики включают синтез Ln-наночастиц и PbS-квантовых точек определённых размеров (например, 25 нм для Ln-наночастиц и 5-6 нм для квантовых точек), а также достижение высокой эффективности преобразования, что подтверждается фотолюминесценцией на длинах волн 550 и 660 нм. В конструктивных аспектах особое внимание уделяется изготовлению гетероструктур с использованием таких методов, как ацетилирование (MACE) для нанопроволок, химическое осаждение из газовой фазы для буферных слоёв и магнетронное распыление для оксидов металлов, таких как WO3 и SnO2, что может привести к повышению плотности фототока и повышению эффективности работы.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Жоба PdS QD-сезімталдандырылған UCNP-лерін Si гетероқұрылымдарымен біріктіретін фотоэлектродты құрылғыларды әзірлеуге, гетероқұрылымды реттеу арқылы күн энергиясын түрлендіруді оңтайландыруға және NIR-ден көрінетін спектрге сіңіруді барынша арттыруға бағытталған. Негізгі техникалық көрсеткіштерге белгілі бір өлшемдегі (мысалы, Ln NP-лері үшін 25 нм және QD-лер үшін 5-6 нм) Ln NP және PbS QD синтезі, 550 нм және 660 нм толқын толқындарындағы PL шығарындыларымен көрсетілген жоғары түрлендіру тиімділігіне қол жеткізу кіреді. Конструктивті аспектілер нанжіпшелерге арналған MACE, буферлік қабаттарға арналған CVD және WO3 және SnO2 сияқты металл оксидтеріне арналған магнетронды тозаңдату сияқты әдістерді қолдана отырып, гетероқұрылымдарды жасауды ерекше атап көрсетеді, нәтижесінде фототок тығыздығы артуы және тиімді жұмыс жасауы мүмкін.

Level of implementation (in Russian) : Проект был полностью реализован в течение трёх лет, включая исследование интерфейса Si, изготовление гетероструктур, синтез Ln-наночастиц и квантовых точек, а также модификацию фотоэлектрода для PEC-воды. В 2023–2024 годах были выполнены ключевые работы по синтезу Si-подложек и наночастиц, что привело к созданию оптимизированных буферных слоёв и систем с высокой конверсией, как и было запланировано в календарном плане. К 2025 году была успешно протестирована интеграция QD-UCNP с Si/WO3 фотоэлектродами, результаты подтверждены методами СЭМ, ТЭМ, рентгеновской дифракции, фотолюминесценции и рамановской спектроскопии, что соответствует основным этапам проекта. Реализация проекта также включает 2 статьи, опубликованные в международных журналах с высоким импакт-фактором (например, International Journal of Molecular Sciences и Chemical Engineering Journal), 1 отечественную статью, 2 доклада на конференциях и подачу дополнительных статей, соответствующих установленным квотам публикаций.

Level of implementation (in Kazakh) : Жоба үш жылдық мерзім ішінде толығымен жүзеге асырылды, Si интерфейсін зерттеу, гетероқұрылымды жасау, Ln NP және QD синтезі, сондай-ақ PEC суды бөлу үшін фотоэлектродтарды модификациялау сияқты тапсырмалар орындалды. 2023-2024 жылдары Si субстраттары мен нанобөлшектерді синтездеу бойынша негізгі жұмыстар жүргізілді, бұл күнтізбелік жоспарда жоспарланғандай оңтайландырылған буферлік қабаттар мен жоғары конверсия жүйелерін дайындауға әкелді. 2025 жылға қарай QD-UCNP-лерді Si/WO3 фотоэлектродтарымен интеграциялау сәтті сынақтан өтті, нәтижелері SEM, TEM, XRD, PL және Раман спектроскопиясы арқылы расталды, бұл жобаның маңызды кезеңдеріне сәйкес келеді. Іске асыру сонымен қатар халықаралық жоғары әсерлі журналдарда (мысалы, International Journal of Molecular Sciences және Chemical Engineering Journal) жарияланған 2 мақаланы, отандық 1 мақаланы, 2 конференция презентациясын және талап етілетін жариялау квоталарын қанағаттандыратын қосымша мақалаларды ұсынуды қамтиды.

Efficiency (in Russian) : Эффективность проекта подтверждается повышением фотоэлектрохимических характеристик: сенсибилизированные квантовыми точками (КТ) UCNP улучшили преобразование ближнего ИК-фотонов, что привело к повышению плотности фототока и повышению фотокоррозионной стойкости кремниевых электродов. Полученный научный результат может способствовать развитию высокоэффективной технологии разложения воды с помощью солнечной энергии. В целом, данный подход позволил максимально увеличить сбор солнечного спектра (от УФ до ближнего ИК), достичь пористости до 85% в кремниевых структурах и улучшить фотолюминесценцию, что открывает путь к коммерциализации эффективных фотоэлектродных устройств.

Efficiency (in Kazakh) : Жобаның тиімділігі фотоэлектрохимиялық өнімділіктің жоғарылауынан көрінеді, мұнда QD-сезімталдандырылған UCNP-лер NIR фотондарының түрленуін жақсартты, бұл фототок тығыздығының жоғарылауына және Si негізіндегі электродтарда фотокоррозияға қарсы жақсы тұрақтылыққа әкелді. Ғылыми нәтиже тиімділігі жоғары күн суын бөлу технологиясындағы жетістіктерге ықпал етуі мүмкін. Жалпы алғанда, бұл тәсіл күн спектрін жинауды (УК-дан NIR-ға дейін) барынша арттырды, Si құрылымдарында 85%-ға дейін кеуектілікке қол жеткізді және PL-ді жақсартты, бұл тиімді фотоэлектродты құрылғыларды коммерцияландыруға жол ашты.

Field of application (in Russian) : Фотоэлектрохимическое расщепление воды путем преобразования солнечной энергии. Фотоэлектроды и преобразование фотонов солнечной энергии.

Field of application (in Kazakh) : күн энериясын түрлендіріп Фотооэлектрохимиялық суды бөлу фотоэлектродтары және күн энергиясы фотондарды түрлендіру