Organik tabanlı güneş pili üretimi ve karakterizasyonu
Organik tabanli güneş pili üretimi ve karakterizasyonu
- Tez No: 343863
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET ALTINDAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Organik elektronik, foto voltaik olay, yenilenebilir enerji, eksiton, açık devre gerilimi, kısa devre akımı, Organic elektronic, photovoltaic effect, renewable energy, exciton, open circuit voltage, short circuit current
- Yıl: 2013
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 61
Özet
Organik elektronik malzemeler, hem optik absorpsiyonun hemde yük iletiminin kısmen ? ve ?* orbitalleri tarafından kontrol edildiği konjuge katılardır. Organik yarıiletkenleri inorganik yarıiletkenlerden ayıran en önemli özellikleri, fotonlar tarafından oluşturulan eksitonların bağlanma enerjilerinin büyük olması, yük iletiminin bir band vasıtasıyla değilde yerelleşmiş durumlara arasındaki hoplamalarla sağlanması, absorpsiyon katsayılarının yüksek olması sayılabilir. Tek boyutlu bir yarıiletken olarak organik yarıiletkenlerin elektronik ve optik özellikleri anizotropi gösterebilir. Organik yarıiletkenlerin bu özelliği aygıt tasarımında oldukça yararlıdır. Organik yarıiletkenlerin bu özellikleri ve üretim işlemlerinin kolaylığı, esnek altlıklar için uygun olması gibi nedenlerden dolayı elektronik alanında oldukça ilgi çeken malzeme grubudur. Alışılmış enerji kaynaklarının sınırlı olması, üretim maliyetlerinin yüksek olması gibi nedenlerden dolayı, yenilenebilir enerji kaynakları son yıllarda en büyük ilgiyi gören alanlardan birisidir. Bir yenileneblir enerji kaynağı olarak foto-voltaik aygıtlar Dünya enerji sorunun çözülmesinde üzerinde en çok çalışılan alanlardandır. Mükemmel yük iletim özelliği, yüksek güç dönüşüm verimi ve kararlılığından dolayı bugün, foto-voltaik aygıtların üretiminde büyük oranda silisyum (Si) tek kristalleri kullanılmaktadır. Fotovoltaik aygıt üretimi konusunda Si'u gallium arsenide (GaAs) ve germanyum (Ge) diğer yarıiletkenlerden öne çıkaran diğer bir önemli nedende Si teknolojisinin oturmuş olması ve Si ile çalışmanın iyi biliniyor olmasıdır. Şu anda, Si gibi inorganik tabanlı fotovoltaik aygıtların veriminin organik tabanlı foto-voltaik aygıtlardan yüksek olmasına rağmen inorganik tabanlı aygıtların, üretim maliyetlerinin yüksek olması (yüksek xi saflıkta Si tek kristallerinin üretimi oldukça pahalı sistemler gerektirmektedir), esnek altlıklar üzerine üretilmemeleri ve ulaşılabilecek verimin Si'un fiziksel özellikleri ile sınırlı olması gibi dezavantajları vardır. Dolayısıyla, ucuz ve verimli foto-voltaik aygıtların üretimi araştırmacıları organik malzemelere yönlendirmiş durumdadır. Hem iletken hemde yarıiletken özellik gösteren organik malzemelein geliştirilmesi bu malzemelerin opto-elektronik alanlarda da kulanımlarının yolunu açmıştır. Organik tabanlı foto-voltaik aygıtların geliştirilmesi, inorganik tabanlı aygıtlarla karşılaştırıldığında, birçok bakımdan büyük bir önem taşımaktadır. Bunlar; üretim esnasında malzeme kayıbı ve enerji tüketiminin düşük olması dolayısıyla maliyetlerinin düşük olması, üretim işlemlerinin yüksek sıcaklıklar gerektirmemesi, esnek taşıyıcılar üzerine üretilebilmeleri olarak sıralanabilir. Ayrıca, organik malzemeler genelde yüksek absorpsiyaon katsayısına sahiptirler. Bu, oldukça ince filmlerle yeterli miktarda ışığın absorplanabilmesi demektir. Tüm bu özellikleri, organik malzemeleri foto-voltaik aygıt üretimi konusunda araştırmaların odağına taşımaktadır. Oragnik tabanlı foto-voltaik aygıtların verimi konusunda dikkate değer ilerlemelerin kaydedilmesine rağmen hala inorganik tabanlı aygıtlarla karşılaştırılabilir seviyede değildir. Oragnik tabanlı aygıtlarda en temel problemlerden birisi, elektrot/organik malzeme ara yüzeyindeki yük taşıyıcıların iletimidir. Bu sorunu çözmek için gerek verici/katot gerekse alıcı/anot ara yüzeyindeki metal/organik eklemlerinde değişik yöntemler uygulanmaktadır. Bu ara yüzeylere bir yada daha fazla malzemeden oluşan tampon tabakaların kaplanması en sık başvurulan yöntemdir. Bu yöntemle aygıt performansında ciddi ilerlemelerin sağlandığı rapor edilmiştir. Bu Yüksek Lisans tez çalışmasında, birisi inorganik/organik diğeride tamemen organik tabakalardan oluşan iki grup foto-voltaik aygıtların üetimi gerçekleştirlmiştir. Üretilen gerek inorganik/organik gerekse organik/organik tabkalarından oluşan foto-voltaik aygıtlarda verici olarak fitalosiyanin bileşikleri alıcı tabaka olarakta birisi fullerene (C60) diğeride tris(8-hydroxyquinolinato) aluminium (Alq3) olan üzere iki farklı malzeme kullanılmıştır. İnorganik/organik tabakalarından oluşan aygıtlarda inorganik malzeme olarak özenekli hale getirilmiş p-tip ve n-tip Si tek kristalleri kullanılmıştır. Gözenekli Si'lar, p-tip ve n-tip Si tek kristallerinin sabit bir akım yoğunluğunda elektrokimyasal aşındırmaları suretiyle elde edilmişlerdir. Gözenek yarıçapı ve derinliğine bağlılığı incelemek amacıyla, Si'ların gözenekli hale getirilmelerinde akım yoğunluğu sabit tutulmuş aşındırma süreleri değiştirilmiştir. Aşındırma süresi 5, 10, 15 ve 20 dakika olarak seçilmiştir. Üretilen foto-voltaik aygıtların elektriksel özellikleri karanlık ve aydınlık ortamlarda akım-gerilim (I-V) karakteristikleri ölçülmek suretiyle belirlenmiştir. Bu ölçümlerden temel güneş pili parametreleri olan kısa devre akımı, açık devre gerilimi ve üç dönüşüm verimi gibi parametreler belirlenmiştir. Bu yapılar arasında maksimum güç dönüşüm verimi ITO/Alq3/C60/Al tabakalarından oluşan yapıda gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Organic electronic materials are conjugated solids where both optical absorption and charge transport are dominated by partly delocalised ? and ?* orbitals and differ from inorganic semiconductors in the following important respects. Photogenerated excitations are strongly bound and do not spontaneously dissociate into charge pairs. Charge transport proceeds by hopping between localised states, rather than transport within a band. Absorption coefficients are high so that high optical densities can be achieved. As one-dimensional semiconductors, their electronic and optical properties can be highly anisotropic. This is potentially useful for device design. Due to their above special properties and ease of fabrication and compatibility with flexible substrates, organic materials have long attracted wide spread attention in the field of electronics. Renewable, clean energy sources are gaining importance due to increase demand, cost and failure of conventional energy sources to meet the energy requirements of various sectors. Photovoltaic cells are considered as an important source of renewable energy to solve the world's energy shortage today. Silicon solar cells currently dominate the PV market, as they have demonstrated high power conversion efficiencies (PCE), due to the excellent charge transport properties and environmental stability of high purity silicon. Advantage of Si over other semiconductor devices is due to well developed microelectronics industry which has considerable knowledge of working with Si. This makes Si a better candidate for solar cells as compared to other semiconductor xiii material such as gallium arsenide (GaAs) or germanium (Ge). Currently, inorganic photovoltaic devices perform with higher photoelectric conversion efficiency and stability, than organic photovoltaic (OPV) devices. However, inorganic photovoltaic devices still have deficiencies, such as high manufacturing cost and solid construction, which hampers their application as cheap consumables and flexible electronic products. The methods used to manufacture high efficiency silicon solar cells are costly. Purification techniques used to produce high quality silicon, coupled with high temperature, low throughput manufacturing techniques lead to high energy costs, which is hindering the progress of PV. The search for low cost photovoltaics has led researchers to organic materials as possible candidates. The discovery of organic materials which have both conducting and semiconductor properties has led to new and exciting possibilities in the field of optoelectronic devices. The development of organic photovoltaic devices may play a key role in overcoming the deficiencies of inorganic photovoltaic devices, because they offer several advantages such as: Lower energy and material consumption during the manufacturing process, low cost, low temperature process compatible with flexible substrates, and extremely lightweight. Additionally, organic semiconductors have very high absorption coefficients, which allow very thin films to be used, whilst still absorbing a sufficient portion of the solar spectrum. This reduction in material used, coupled with low cost manufacturing techniques, implies that organic semiconductors have the potential to make a significant impact on the PV market. Hence, OPV devices with these significant advantages have attracted a great deal of attention, forcing researchers to invest a great deal of effort in pursuing higher photoelectric conversion efficiency. With more increase in power conversion efficiency and progress of stability, OSCs could be promising to make cost-effective devices as an alternative to the silicon-based solar cells. Although significant improvement in power conversion efficiency has been obtained, the efficiencies attained so far are still comparatively low and there is scope for further improvement in all three factors that impact power conversion efficiency namely, short-circuit current, open-circuit voltage and fill factor. A general problem in organic electrical devices is the transport of charge carriers at the interfaces electrode/organic material. A variety of interfacial treatments have been applied to both the cathode/organic and the anode/organic interfaces, different more or less thin buffer layers have been placed at these interfaces, resulting in varying degrees of devices improvement in terms of charge exchange. In this thesis, organic and organic/inorganic photovoltaic devices based on solution processed phthalocyanine donor layer, fullerene (C60) and: tris(8- hydroxyquinolinato)aluminium (Alq3) acceptor have been fabricated. For comparison, porous silicon and tin oxide coated glass were used as anode electrode materials and their effects on device characteristics were studied. Porous silicon (PS) was obtained by electrochemical etching of p-type and n-type Si wafers in hyroflouric acid solution at a current density of 15 mA/cm2 , the etching time being varied from from 5 min to 20 min. for both type Si. The electrical properties of the produced photo-voltaic cells under dark and illumination conditions were investigated and different parameters such as open circuit voltage, short circuit current and maximum power efficiency were determined. It was found that the cell parameters depend on the anodization time xiv and the choice of anod electrode material is critical to cell performance. Maximum power conversion efficiency was obtained with the structure of ITO/Alq3/C60/Al.
Benzer Tezler
- Organik tabanlı güneş pillerinin üretimi ve karakterizasyonu
Organic solar cells based production and characterization
ÖZLEM YAĞCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Fizik ve Fizik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET ALTINDAL
YRD. DOÇ. DR. FATİH DUMLUDAĞ
- İletken polimer tabanlı hibrit güneş pili üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of conductor polymer based hybrid solar battery
OSMAN ÖRNEK
Doktora
Türkçe
2012
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YUSUF YERLİ
- Organik tabanlı hibrit güneş pillerinin yapımı ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of the organic based hybrid solar cells
SEMANUR GÜMÜŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FATİH DUMLUDAĞ
- Production of dye sensitized solar cell and optimization of production parameters
Boya uyarımlı güneş pillerinin üretimi ve üretim parametrelerinin optimizasyonu
RAMAZAN ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ALİ KILIÇ
- Perovskit güneş hücreleri için boşluk taşıyıcı malzemelerin sentez ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of hole transporti̇ng materials for perovskit solar cells
BÜŞRA ÇUHADAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYFER KALKAN BURAT