Karbon tabanlı c70cl28 nano yapısının fotovoltaik parametrelerinin hesaplanması
Calculation of photovoltaic parameters of carbon-based c70cl28 nanostructure
- Tez No: 1019550
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ EBRU KARAKAŞ SARIKAYA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Necmettin Erbakan Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, karbon tabanlı C70Cl28 nanoyapısının kararlı geometrisini, elektronik, optik ve fotovoltaik özelliklerini hesaplamalı fizik yöntemleriyle incelemeyi amaçlamaktadır. Çalışma kapsamında, Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (DFT) yaklaşımları kullanılarak B3LYP, CAM-B3LYP, ωB97XD ve mPW1PW91 fonksiyonelleri ile 6-31G(d,p) temel seti düzeyinde kapsamlı simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Araştırmada ilk olarak yapının geometri optimizasyonu yapılarak en düşük enerjili kararlı yapısı ve dipol momentleri belirlenmiştir. Yapının elektronik karakterizasyonu için en yüksek dolu moleküler orbital (HOMO) ve en düşük boş moleküler orbital (LUMO) enerji seviyeleri ile bant aralığı (Eg) değerleri hesaplanmıştır. Ayrıca, yapı üzerindeki nükleofilik ve elektrofilik bölgeleri görselleştirmek amacıyla Moleküler Elektrostatik Potansiyel (MEP) haritaları oluşturulmuş ve uyarılmış durum analizleri için durum yoğunluğu (DOS) ile geçiş yoğunluk matrisi (TDM) çalışmaları yürütülmüştür. Elde edilen veriler ışığında, C70Cl28 nanoyapısının ışık toplama verimliliği (LHE), bağlanma enerjisi (Eb), açık devre gerilimi (V_OC), yeniden düzenlenme enerjileri (λ), iyonlaşma potansiyeli (IP), elektron ilgisi (EA), yapıların birinci uyarım enerjisi (Eexc), organik polimerlerin uyarılmış hal ömrünü (τ), oksidasyon potansiyeli (Eox) ve itici kuvvet (〖∆G〗_inject) dahil olmak üzere fotovoltaik parametreler hesaplanarak organik güneş pili (OSC) uygulamalarındaki potansiyeli değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar; taban durum özelliklerinin modellenmesinde B3LYP ve mPW1PW91 metotlarının, uyarılmış durum fotovoltaik öngörülerinde ise uzun menzilli ωB97XD ve CAM-B3LYP fonksiyonellerinin daha tutarlı olduğunu göstermiştir. Yapılan klorlama işleminin fulleren kafesindeki küresel simetriyi kırarak optik geçişleri izinli hale getirdiği ve LHE değerlerini iyileştirdiği tespit edilmiştir. Derinleşen sınır orbitalleri sayesinde uyumlu donör polimerlerle eşleştiğinde voltaj kayıplarını minimuma indirerek 5,26 V'a varan yüksek bir teorik V_OC potansiyeli ile güçlü bir elektron enjeksiyon itici gücü (〖∆G〗_inject) sunduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak, elde edilen tüm teorik parametreler C70Cl28 nanoyapısının organik güneş pili uygulamalarında yük ayrışmasını iyileştiren ve enerji kayıplarını azaltan güçlü bir elektron alıcı (akseptör) adayı olduğunu ortaya koymakta, bu alanda yapılacak ileri düzey deneysel ve teorik çalışmalara katkı sağlayabilecek nitelik taşımaktadır.
Özet (Çeviri)
This study aims to investigate the stable geometry, electronic, optical, and photovoltaic properties of the carbon-based C70Cl28 nanostructure using computational physics methods. Within the scope of the study, comprehensive simulations were carried out at the 6-31G(d,p) basis set level using B3LYP, CAM-B3LYP, ωB97XD, and mPW1PW91 functionals, utilizing Density Functional Theory (DFT) approaches. In the research, first, the geometry optimization of the structure was performed, and its lowest-energy stable structure and dipole moments were determined. For the electronic characterization of the structure, the highest occupied molecular orbital (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy levels, along with the bandgap (Eg) values, were calculated. Additionally, Molecular Electrostatic Potential (MEP) maps were generated to visualize the nucleophilic and electrophilic regions on the structure, and density of states (DOS) and transition density matrix (TDM) studies were conducted for excited-state analyses. In light of the obtained data, photovoltaic parameters including light harvesting efficiency (LHE), binding energy (Eb), open-circuit voltage (V_OC), reorganization energies (λ), ionization potential (IP), electron affinity (EA), the first excitation energy of the structures (Eexc), excited-state lifetime (τ), oxidation potential (Eox), and driving force (〖∆G〗_inject) were calculated to evaluate the potential of the C70Cl28 nanostructure in organic solar cell (OSC) applications. The results obtained showed that the B3LYP and mPW1PW91 methods were more consistent in modeling ground-state properties, whereas the long-range ωB97XD and CAM-B3LYP functionals were more consistent in excited-state photovoltaic predictions. It was determined that the chlorination process broke the spherical symmetry of the fullerene cage, making optical transitions allowed and improving LHE values. It was further established that, thanks to the deepening frontier orbitals, the structure offers a strong electron injection driving force (〖∆G〗_inject) and a high theoretical V_OC potential of up to 5,26 V by minimizing voltage losses when matched with compatible donor polymers. In conclusion, all obtained theoretical parameters demonstrate that the C70Cl28 nanostructure is a strong electron acceptor candidate that improves charge separation and reduces energy losses in organic solar cell applications, and it possesses the quality to contribute significantly to future advanced experimental and theoretical studies in this field.
Benzer Tezler
- Karbon tabanlı petek örgülerin elektronik özellikleri
Electronic properties of carbon based honeycomb lattices
BAHAR KOZAL
Doktora
Türkçe
2012
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TACETTİN ALTANHAN
- Karbon tabanlı nanoakışkanların hava soğutmalı çapraz akışlı mikrokanallı ısı değiştiricisindeki ısı aktarım performanslarının deneysel incelenmesi.
Experimental investigation of heat transfer performance of carbon based nanofluids in air cooled cross flow microchannel heat exchanger
ÖZGE ÖSTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya MühendisliğiCumhuriyet ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KERİM YAPICI
- Karbon tabanlı nanomalzemelerin sentezi, karakterizasyonu, reolojisi, ısıl iletkenliği ve kararlılığı
Synthesis characterization thermal rheological and stability of carbon based nanomaterials
FATİH ERAVCU
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Kimya MühendisliğiCumhuriyet ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KERİM YAPICI
- Karbon tabanlı nanoparçacıklar ile katkılanan organik faz değişken malzemlerin termal özelliklerinin deneysel olarak belirlenmesi
Experimental investigation of thermal properties of carbon based nanoparticle embedded phase change metarials (PCMS)
ŞENGÜL KURTULUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Kimya MühendisliğiCumhuriyet ÜniversitesiEnerji Bilimleri ve Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KERİM YAPICI
- Karbon tabanlı malzeme sentezi ve silikon dioksit yüzeylere uygulanarak mikro/nano pipet üretimi
Synthesis of carbon based materials and their applications to silicon dioxide surfaces, fabrication of micro/nano pipettes
AYŞEGÜL KAHRAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Kimyaİstanbul Medeniyet ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. KAAN KEÇECİ