Бидний тухай
Багш ажилтан
Нарны зай (фотоволтайк)-н технологи нь дэлхийн эрчим хүчний хомсдол болон уур амьсгалын өөрчлөлт зэрэг асуудлуудыг шийдвэрлэх чухал технологийн нэг. Цахиуран нарны зай олон жилийн турш зах зээлийг тэргүүлж ирсэн ч, шинэ төрлийн металл галогенид перовскит нарны зай (PSC) нь сүүлийн жилүүдэд маш хурдацтай хөгжиж байна. Харьцангуй богино судалгааны түүхтэй хэдий ч перовскит нарны зай нь дэлхийн судалгааны институт, төвүүдэд өмнө байгаагүй, хамгийн эрчимтэй хйигдэж буй судалгааны чиглэл болсон байна. 2009 онд Перовскит кристал бүтэцтэй “Галогенид-перовскит”-үүд нь нарны зай (фотоволтайк, PV)-н судалгаанд ашиглах боломжтой гэсэн ажил хэвлэгдсэн нь төдийгүй технологийн салбарт маш том дэвшил авчирсан [1]. Уг нэгдэл нь уламжлалт цахиуран нарны зайтай харьцуулахад онцгой оптоэлектроник шинж чанар, уян гадаргууд бэлтгэх яанар, үйлдвэрлэх өртөг бага байх боломж зэрэг нь улс орнууд, үйлдвэрүүдийн анхаарлыг ихэд татаж, улмаар их сургуулиуд, судалгааны байгууллагуудтай хамтран шинэ төрлийн нарны зай (emerging PV)-н судалгааг эрчимтэй эхлүүлэх үндэс болсон [2]. Галогенид-перовскит нэгдлийг бэлтгэх аргуудаас уусмалын боловсруулалтын арга (spin-coating) нь хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг арга юм. Энэхүү аргаар бэлтгэсэн нарны зай нь нарны зайн ашигтай ажиллагааг илтгэдэг ашигт үйлийн коэффициент, өөрөөр хэлбэл нарны энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргаж байгаа утга нь >20% байдаг [3]. Энэ үзүүлэлтээрээ цахиуран нарны зайн технологитой дөрөө харшуулах болсон. Гэвч энэ арга нь материалын хаягдал ихтэй, мөн том талбайд гаргаж авахад тохиромжгүй зэрэг сул талтай. Тиймээс уусмал ашиглахгүй, том талбай (100 cm2)-д бэлтгэх боломжтой арга бол вакуум ууршуулах технологи (thermal evaporation, TE) юм [4,5,6]. МУИС-д суурилагдсан ваакум ууршуулах төхөөрөмжийг ашиглан өндөр молекулт органик нэгдэл, мөн галогенид-перовскит нэгдлүүдийг бэлтгэж оптикийн, дулааны, цахилгааны шинж чанарын хэмжилтүүдийг хийж, лабораторийн түвшинд нарны зай гарган авч ашигт ажиллагааг тодорхойлох юм. Туршилтын үр дүнгээ бататгах, тайлбарлахын тулд “SCAPS-1D дрифт-диффузи програм” дээр тооцоолол хийж цогц үр дүн гарган авахаар зорино. Туршилт, тооцоолол хослуулах нь тухайн үр дүнгийн хэлэлцүүлэг, цаашлаад судалгааны ажил хэвлүүлэхэд маш том түлхэц болдог. Энэхүү судалгаа нь МУИС дээр оптоэлектроникийн судалгааг эрчимжүүлэх, шинэ төрлийн нарны зайг гарган авах судалгааг нутагшуулахад ихээхэн түлхэц болно гэж найдаж байна. Энэ судалгаан дээр үндэслэн бусад чиглэлийн өндөр түвшний судалгаа болох мемристор, нероморфик, лазер, детектор, биоэлектороник судалгааг хөгжүүлэх бүрэн боломжтой болно. [1] Kojima, A. et al. J. Am. Chem. Soc. 131, 6050–6051 (2009). [2] NREL. National Renewable Energy Laboratory Best ResearchCell Efficiency Chart. https://www.nrel.gov/pv/assets/pdfs/cell-pv-eff-emergingpv.pdf. [3] Zhang, H. et al. Multimodal host-guest complexation for efficient and stable perovskite photovoltaics. Nat. Commun. 12, 3383 (2021). [4] Enkhtur Erdenebileg, Nidhi Tiwari, Felix Utama Kosasih, Li Jia, Nripan Mathews, Subodh Mhaisalkar, and Annalisa Bruno. Co-evaporated p-i-n perovskite solar cells with sputtered NiOx hole transport layer. MaterialsToday Chemistry 2023, 6. [5] Felix Utama Kosasih, Enkhtur Erdenebileg, Nripan Mathews, Subodh Mhaisalkar, Annalisa Bruno. Thermal evaporation and hybrid deposition methods of metal halide perovskite: from small-area solar cells to mini-modules. Joule 6, 1-43, 2022, 2692-2734. [6] Erdenebileg, E.; Wang, H.; Li, J.; Singh, N.; Dewi, H. A.; Tiwari, N.; Mathews, N.; Mhaisalkar, S.; Bruno, A. Low‐Temperature Atomic Layer Deposited Electron Transport Layers for Co‐Evaporated Perovskite Solar Cells. Sol. RRL 2022, 6 (1), 2100842.
Photovoltaic technologies have emerged as crucial solutions to the global energy crisis and climate change challenges. Although silicon-based solar cells have long dominated the market, metal halide perovskite solar cells (PSCs) have rapidly advanced as a promising alternative. Despite their relatively short history, PSCs are progressing at an unprecedented rate, driven by global research efforts that capitalize on their unique advantages. Vacuum-deposition has been proven to be an effective technique to produce high-performance PSCs. The PCE of co-evaporated PSCs has been steadily climbing throughout the years for organic-inorganic and fully inorganic perovskites. Co-evaporation is also by far the most popular one-step TE method. In this methodology, each precursor is put into a separate Knudsen cell inside the evaporation chamber. The cells are simultaneously heated at independently set temperatures necessary to sublimate the materials and their deposition rates are recorded using quartz crystal microbalances (QCMs) to precisely control the stoichiometry of the deposited film. With a view towards mass manufacture of large-area perovskite PV devices, the perovskite layer itself should also be deposited using scalable methods. One such technique is thermal evaporation, which also boasts a lack of toxic solvents often plaguing solution-based perovskite deposition. Co-evaporation, where multiple perovskite precursors are sublimated at the same time and allowed to form the desired thick film, has been particularly popular among various evaporation-based approaches. However, compared to solution-processing, there has been far less effort invested into thermally evaporated perovskite and many important topics remain under-investigated. In this project, using the vacuum evaporation system installed at the National University of Mongolia (NUM), high-molecular-weight organic compounds and halide perovskite compounds will be prepared, and their optical, thermal, and electrical properties will be characterized. Based on these results, laboratory-scale solar cells will be fabricated. To elaborate and interpret the experimental findings, simulations will be performed using the SCAPS-1D drift-diffusion program, aiming to obtain comprehensive results. Combining experimental and computational approaches provides a strong foundation for discussing results and significantly contributes to the publication of high-quality research outcomes. This study is expected to intensify optoelectronic research at NUM and promote the development of next-generation solar cell technologies. Furthermore, the findings from this research could serve as a foundation for advancing and nurturing advanced research in related fields such as memristors, neuromorphic systems, lasers, detectors, and bioelectronics.
Түлхүүр үгс:
