Fotovoltaik hücrelerde aktif katman için düşük band enerjı aralığına sahip organik moleküllerin dizaynı
Design of organic molecules with low energy band gap for the active layer in photovoltaic cells
- Tez No: 1003910
- Danışmanlar: PROF. DR. YADİGAR GÜLSEVEN SIDIR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Energy, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Ab initio, Organik moleküller, Ab initio, Organic molekules
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bitlis Eren Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Bilimleri ve Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, organik fotovoltaik (OPV) aygıtlarda aktif katmanda donör malzeme olarak kullanılmak üzere tasarlanan difeniletin temelli küçük moleküllerin yapısal, elektronik, optik ve fotovoltaik özellikleri teorik olarak kapsamlı biçimde incelenmiştir. Çalışma kapsamında, farklı elektron verici ve/veya elektron çekici fonksiyonel gruplarla modifiye edilmiş toplam 30 adet difeniletin türevi donör molekül ile karşılaştırma amacıyla ise literatürde yaygın olarak kullanılan bir akseptör olan PCBM molekülü referans sistem olarak seçilmiştir. OPV aygıt performansı üzerindeki etkilerini sistematik bir yaklaşımla olarak ortaya koymaktır. Tüm moleküllerin geometrik optimizasyonları, herhangi bir simetri kısıtı uygulanmaksızın yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) kapsamında B3LYP hibrit fonksiyonel ve 6-311++G(d,p) temel seti kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Optimize edilen yapıların potansiyel enerji yüzeyinde gerçek minimumlara karşılık geldiği, aynı teori düzeyinde gerçekleştirilen harmonik frekans analizleri ile doğrulanmıştır. Optimize geometrilerden; en yüksek dolu moleküler orbital (HOMO), en düşük boş moleküler orbital (LUMO) enerji seviyeleri, enerji bant aralığı (Eg), dipol moment (μ), lineer polarizabilite (α), iyonlaşma potansiyeli (IP), elektron ilgisi (EA), kimyasal sertlik (η), kimyasal yumuşaklık (S) ve elektronegatiflik (χ) gibi temel elektronik ve kimyasal reaktivite parametreleri hesaplanmıştır. OPV uygulamaları açısından optimistik yaklaşımla en uygun aday olarak belirlenen 27. Molekülün optik özellikleri ve uyarılmış hal davranışları zamana bağlı yoğunluk fonksiyonel teorisi (TD-DFT) yöntemi kullanılarak ayrıntılı biçimde incelenmiştir. Hesaplanan elektronik uyarılma enerjileri, geçiş dalga boyları ve osilatör şiddetleri yardımıyla UV-Görünür bölgedeki absorbsiyon karakteristikleri analiz edilmiştir. Elde edilen teorik absobsiyon spektrumları, AM1.5G standart güneş spektrumu ile karşılaştırılarak söz konusu molekülün güneş ışığını soğurma potansiyeli değerlendirilmiştir. İncelenen molekülde baskın elektronik geçişin HOMO → LUMO karakterli olduğu belirlenmiş olup, geçişlerin belirgin π–π* ve/veya intramoleküler yük transferi (ICT) niteliği taşıdığı ortaya konmuştur.
Özet (Çeviri)
This thesis comprehensively investigates the structural, electronic, optical, and photovoltaic properties of biphenyl-based small molecules designed for use as donor materials in the active layer of organic photovoltaic (OPV) devices, using theoretical methods. In this study, a total of 30 biphenyl derivative donor molecules modified with different electron-donating and/or electron-withdrawing functional groups were compared with PCBM molecules, a common acceptor. The aim is to systematically elucidate the effects of functional group type and molecular architecture on electronic structure and OPV device performance. Geometric optimizations of all molecules were performed using the B3LYP functional and the basis set 6-311++G(d,p) within the framework of density functional theory (DFT) without applying any symmetry constraints. It has been confirmed by harmonic frequency analyses performed at the same theoretical level that the optimized structures correspond to true minima in the potential energy surface. From the optimized geometries, key electronic and chemical reactivity descriptions such as the highest occupied molecular orbital (HOMO), lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy levels, energy band gap (Eg), dipole moment (μ), linear polarizability (α), ionization potential (IP), electron affinity (EA), chemical hardness (η), chemical softness (S), and electronegativity (χ) were calculated. The optical properties and excited-state behavior of molecules were investigated using time-dependent density functional theory (TD-DFT). Absorption characteristics in the UV-visible region were analyzed using calculated electronic excitation energies, transition wavelengths, and oscillator intensities; the resulting spectra were compared with the AM1.5G standard solar spectrum to evaluate the solar light absorption potentials of the molecules. It has been determined that in many molecules, the basic electronic transition is of the HOMO → LUMO character, and these transitions exhibit distinct π–π* and/or intramolecular charge transfer (ICT) properties.
Benzer Tezler
- Biyokütleden elde edilen karbon malzemelerin perovskit güneş pili uygulamaları ve yaşam döngüsü değerlendirmesi
Biomass‑derived carbon materials for perovskite solar cells: synthesis, application, and life cycle assessment
GÖKÇEN GÖKÇELİ KAHVECİ
Doktora
Türkçe
2026
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
- Characterization of Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) thin films with Cu- and Zn-poor composition deposited by one-step thermal evaporation
Tek adımlı termal buharlaştırma yöntemiyle biriktirilen Cu- ve Zn-fakir bileşimli Cu2ZnSnSe4 (CZTSe) ince filmlerin karakterizasyonu
ZEKİ ALİHAN BAYRI
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN KARAAĞAÇ
- Akridin esaslı bazı yeni bileşiklerin sentezi ve boya duyarlı güneş hücrelerinde uygulamaları
Synthesis of some new acridine-based compounds and applications in dye-sensitive solar cell
NAGİHAN ÖZTÜRK
- Tek alkil grubu içeren tiyeno[3,2-b]tiyofen sentezleri, polimerleri ve özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of mono-alkylated thieno[3,2-b]thiophenes, polymers and investigating of properties
KORAY TANSU İLHAN
- Development of polymer based fibers with photovoltaic effect
Fotovoltaik etki oluşturan polimerik liflerin geliştirilmesi
KÜBRA İLGEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ DEMİR