Perovskit güneş hücrelerinde heteroatom katkılı karbon kuantum noktaları ile polioksometalatların katkılama ve ara yüzey mühendisliğinde kullanımı
The use of heteroatom-doped carbon quantum dots and polyoxometalates in doping and interface engineering of perovskite solar cells
- Tez No: 1018980
- Danışmanlar: PROF. DR. MAHMUT KUŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Konya Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Perovskit güneş hücreleri (PGH), yüksek güç dönüşüm verimleri ve düşük üretim maliyetleri nedeniyle son yıllarda fotovoltaik teknolojiler arasında öne çıkmaktadır. 2011 yılında yaklaşık %9 seviyesinde olan ve günümüzde %25'in üzerine ulaşan güç dönüşüm verimleri ile PGH'ler, silisyum esaslı güneş hücrelerine güçlü bir alternatif olarak değerlendirilmektedir. Bununla birlikte, perovskit malzemelerin nem ve oksijen gibi çevresel etkenlere karşı yüksek duyarlılığı, sınırlı cihaz kararlılığı ve verimlerin tekrarlanabilirliği, bu teknolojinin ticarileşmesinin önündeki temel engelleri oluşturmaktadır. Bu nedenle, yüksek verimli, uzun ömürlü ve düşük maliyetli perovskit güneş hücrelerinin geliştirilmesine yönelik yenilikçi malzeme ve arayüz mühendisliği yaklaşımlarının ortaya konulması kritik önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasında, PGH'lerinin performans ve kararlılığını artırmaya yönelik iki temel strateji geliştirilmiştir. İlk olarak, p-i-n mimarisine sahip perovskit güneş hücrelerinde yaygın olarak kullanılan organik tabanlı elektron transfer tabakalarına alternatif olarak polioksometalat (POM) yapısının elektron transfer tabakası (ETL) olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Bu kapsamda, %1ve %2 oranında PCBM içeren cihaz mimarisinde (ITO/PEDOT:PSS/Perovskit/PCBM(%1veya%2)/POM-M1/BCP/Ag) sentezlenen POM bileşiğinin arayüz mühendisliğindeki etkileri incelenmiştir. İkinci olarak, bor (B), fosfor (P) ve kükürt (S) içeren tekli, ikili ve üçlü heteroatom katkılı karbon kuantum noktaları (KKN'lar) perovskit absorplayıcı tabakaya entegre edilerek (ITO /PEDOT:PSS/ Perovskit(KKN)/ PCBM/BCP/Ag) kristal örgü kusurlarının azaltılması, ara yüzey tuzak durumlarının pasifleştirilmesi ve yük taşıyıcı taşınım kinetiğinin iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Sentezlenen heteroatom katkılı KKN'lar ve POM bileşiği kullanılarak hazırlanan cihazlar; X-ışını difraksiyonu (XRD), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), taramalı ve geçirimli elektron mikroskopisi (SEM, TEM), UV-Vis ve fotolüminesans (PL) spektroskopileri gibi ileri karakterizasyon teknikleri ile detaylı olarak incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, heteroatom katkılı KKN'ların perovskit yüzey kusurlarını etkin bir şekilde pasifleştirdiğini ve cihaz performansını önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermiştir. KKN katkılı cihazlar arasında en yüksek güç dönüşüm verimi %14,4 ile S,P-KKN katkılı hücrelerde elde edilmiştir. Ayrıca, %1 PCBM içeren cihaz yapısında POM-M1 ara yüzey katmanının kullanılmasıyla %15,193 güç dönüşüm verimine ulaşılmış ve bu sonucun referans cihaza kıyasla belirgin bir performans artışı sağladığı belirlenmiştir. Sonuç olarak bu tez çalışması, PGH'lerinde verimlilik ve kararlılık problemlerine yönelik yenilikçi katkı ve arayüz mühendisliği stratejileri sunmakta; heteroatom katkılı KKN'ları ile POM tabanlı yaklaşımların cihaz performansı üzerindeki olumlu etkilerini ortaya koyarak yüksek verimli ve uzun ömürlü perovskit fotovoltaiklerin geliştirilmesine önemli bir bilimsel katkı sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Dahasonra In recent years, perovskite solar cells (PSCs) have come to the fore as a leading photovoltaic technology, as they exhibit high power conversion efficiencies and low production costs. It is evident that power conversion efficiencies have increased from approximately 9% in 2011 to over 25% at present. This development has led to the recognition of PSCs as a robust alternative to silicon-based solar cells. Nevertheless, the high sensitivity of perovskite materials to environmental factors such as moisture and oxygen, limited device stability and the reproducibility of efficiencies constitute the main obstacles to the commercialisation of this technology. Consequently, the development of innovative material and interface engineering approaches aimed at creating high-efficiency, long-lasting and low-cost perovskite solar cells is of critical importance. This thesis proposes two key strategies to enhance the performance and stability of PSCs. Firstly, the feasibility of using a polyoxometalate (POM) structure as an electron transfer layer (ETL) as an alternative to the organic-based electron transfer layers commonly used in perovskite solar cells with a p-i-n architecture has been investigated. In this context, the effects of the POM compound synthesised in a device architecture containing 1% and 2% PCBM (ITO/PEDOT:PSS/Perovskite/PCBM (1% or 2%)/POM-M1/BCP/Ag) on interface engineering were investigated. Secondly, single, binary and ternary heteroatom-doped carbon quantum dots (CQDs) containing boron (B), phosphorus (P) and sulphur (S) were integrated into the perovskite absorber layer (ITO/PEDOT:PSS/Perovskite(CQD)/PCBM/ BCP/ Ag) with the aim of reducing crystal lattice defects, passivating interface trap states and improving charge carrier transport kinetics. The devices prepared using the synthesised heteroatom-doped QNs and the POM compound were examined in detail using advanced characterisation techniques. These techniques included X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), scanning and transmission electron microscopy (SEM, TEM), UV-Vis and photoluminescence (PL) spectroscopies. The results obtained demonstrated that heteroatom-doped KKNs effectively passivated perovskite surface defects and significantly improved device performance. Among the KKN-doped devices, the highest power conversion efficiency of 14.4% was achieved in S,P-KKN-doped cells. Furthermore, the utilisation of a POM-M1 interface layer in the device structure containing 1% PCBM resulted in a power conversion efficiency of 15.193%, which was determined to provide a significant performance enhancement in comparison to the reference device. In conclusion, this thesis presents innovative contributions and interface engineering strategies aimed at addressing efficiency and stability issues in PGHs. By demonstrating the positive effects of heteroatom-doped KKNs and POM-based approaches on device performance, it makes a significant scientific contribution to the development of high-efficiency and long-lasting perovskite photovoltaics.
Benzer Tezler
- Karbon kuantum noktaların sentezi ve güneş hücrelerinde uygulamaları
Synthesis of carbon quantum dots (CQDs) and their applications in solar cells
ALİHAN BÜYÜKBEKAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇİSEM KIRBIYIK KURUKAVAK
- 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
- Perovskit güneş hücrelerinde kaliksaren molekül temelli kendiliğinden oluşan tek tabaka arayüzey modifikasyonunun performans üzerine etkileri
The influences of calixarene molecule based self-assembled monolayer interface modification on perovskite solar cells
GAMZE DÖLEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
EnerjiKonya Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT KUŞ
- Perovskit güneş hücrelerinde dawson tipi polioksometalatların hücre performansı üzerine etkileri
The effect of dawson type polyoxometalates on the performance of perovskite solar cells
SÜMEYRA BÜYÜKÇELEBİ
Doktora
Türkçe
2023
KimyaSelçuk ÜniversitesiNanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ERSÖZ
PROF. DR. MİCHAEL ANTHONY MORRIS
- Perovskit güneş hücrelerinde kuantum nanomalzemeler ile katkılama işleminin fotovoltaik parametrelere etkisi
The effect of doping with quantum dot nanomaterials on photovoltaic parameters in perovskite solar cells
AYŞEGÜL TOPRAK
Doktora
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriSelçuk ÜniversitesiNanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ERSÖZ
DOÇ. DR. PARVANEH MOKARIAN