Design of high-efficiency dye-sensitized nanocrystalline solar cells
Yüksek verimli boya uyarımlı nanokristal güneş hücreleri tasarımı
- Tez No: 383270
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET MACİT ÖZENBAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Metalurji Mühendisliği, Seramik Mühendisliği, Energy, Metallurgical Engineering, Ceramic Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 165
Özet
Boya uyarımlı güneş hücreleri (DSSC) teknolojisi, ticari niteliğe sahip silisyum bazlı güneş hücreleri teknolojisine daha iyi bir alternatif olma yönünde gelişmeye devam etmektedir. Bu çalışmada, fotoanot yapısı ve fotoanot katmanlarının herbirinin foton-elektron üretim mekanizması üzerindeki etkilerinin incelenmesi suretiyle düşük maliyetli, yüksek verimli DSSC üretme yöntemlerinin saptanması amaçlanmaktadır. Böylece DSSC'nin ticari nitelik kazanmasına katkı sağlanacaktır. Bu çalışmada fotoanot yapısı; anot iletken cam tabakası (TCO), bloklama tabakası (BL), absorpsiyon tabakası (AL) ve saçılım tabakası (SL) olmak üzere 4 ana grupta incelenmiştir. İndiyum katkılanmış kalay oksit camlar (ITO) DSSC'de kullanılmak üzere sol-jel yöntemiyle sentezlenmiştir. Sol-jel metoduyla, % 4.32 verimli güneş hücresi, bu şekilde sentezlenmiş TCO'lar kullanılarak elde edilmiştir. Bu çalışmada ilk kez, 1D ITO yapılanmaları sol jel yöntemiyle sentezlenmiştir ve bu sentez TCO ve absorpsiyon tabakası (AL) arasındaki etkileşimi artırmak için DSSC'de kullanılmıştır. Bununla birlikte, ticari olan flor katkılanmış kalay oksit camların (FTO) transfer direncinin daha düşük olması nedeniyle, bu camlar TCO olarak bu çalışmanın geri kalan kısmında kullanılmıştır. Bloklama tabakası (BL) ile ilgili çalışmalarda, ZrO2 BL'nin TCO üzerindeki geri reaksiyonların engellemesinde üstün fotovoltaik özelliklere sahip olduğu saptanmıştır. Ayrıca, ZrO2 BL'nin yüksek sıcaklık altında FTO bazlı TCO iletkenliğini koruyucu bir özelliği olduğu görülmüştür. Fotondan güç üretilmesinden sorumlu olan AL'ye ilişkin çalışmalarda %5 Zr'un TiO2'ye katkılanmasıyla sentezlenen AL'nin, absorplayıcı tabakasında yalın TiO2 tabakasına nazaran neredeyse üç kat daha fazla foton enerji çevrim yüzdesine (ɳ) sahip olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca, bu tabakanın üretiminde kullanılan sol-jel yöntemine hidrotermal basamağın eklenmesinin foton-elektrik çevrimi verimlilik oranını artırdığı saptanmıştır. Absorplanmamış ışını geri çevirerek absorplayıcı tabakanın ışın soğurma özelliğini artıran SL'ye ilişkin çalışmalarda, TiO2'ye %10 Zr eklenerek, bu yapı saçılım tabakası olarak kullanılmıştır. Geleneksel yöntemlerle hazırlanan saçılım tabakasına oranla daha yüksek verim elde edilmiştir. Yapılan tüm bu incelemeler neticesinde bu Tez'de, fotoanot üzerinde yapılan modifikasyonların DSSC'nin fotovoltaik özelliklerini artırdığı saptanmıştır. Fotoanot üzerinde yapılan modifikasyonlar sonucunda, %7.45 foton enerji çevrim verimine sahip güneş hücreleri elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Nanocrystalline dye sensitized solar cells (DSSC) technology continues to develop as a better alternative to the silicon based solar cells, which are commercialized. This study aims at finding low cost and highly efficient DSSC design and production methods via examination of effects of both photoanode structure and photon-electron generation mechanism on photoanode layers. This will contribute to the commercialization of DSSC technology. Photoanode structure is examined in four groups; transparent conductive glass (TCO), blocking layer (BL), absorber layer (AL) and scattering layer (SL) throughout this study. Firstly, indium doped SnO2 (ITO) was synthesized by sol-gel method for the use in TCO part of the DSSCs. 4.32% conversion efficiency has been found by using those TCO's in the production of fully sol-gel based DSSCs. For the first time in the literature, 1D ITO structures were synthesized by sol-gel method and this synthesis was used on DSSCs in order to increase the interaction between TCO and AL. However, the commercialized fluorine doped SnO2 (FTO) TCO's were used instead of ITO based ones in the rest of the study since their charge transport resistances are lower. ZrO2 BL was found to have superior photovoltaic characteristics in prevention of back transfer reactions. In addition, ZrO2 BL was found to protect the conductivity of FTO based TCO's during heat treatment. AL, which is responsible for photon to electron generation, was synthesized using 5% Zr doped TiO2 nanoparticles. This synthesis was found to have photon to energy conversion efficiency (ɳ) trice than bare TiO2 absorber layer. Moreover, adding hydrothermal treatment step to the sol-gel method process was found to increase photon to energy conversion efficiency rate. The scattering layers enable to increase the light absorption ability of DSSC via unused photons scattering back to metal oxide sensitized interface. For this purpose, SL was produced by 10% Zr modified TiO2 particles. These particles showed better performance rate than traditionally produced scattering layer. As a result of all these analyses, this Thesis found that the modifications made to the photoanode increased DSSC's photovoltaic characteristics. After the modifications 7.45% photon to energy conversion efficiency was obtained.
Benzer Tezler
- ZnWSe2 alaşımların üretimi ve boya duyarlı güneş hücresinde karşıt elektrot uygulaması
Fabrication of ZnWSe2 alloys and application as a counter electrode in dye-sensitized solar cell
DURMUŞ ALİ ARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Mühendislik BilimleriKaramanoğlu Mehmetbey ÜniversitesiMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEÇKİN AKIN
- Boya duyarlı güneş hücreleri için farklı akseptör grupları içerenkinolin bileşiklerinin sentezi
Synthesis of quinoline compounds with different acceptor groups for dye-sensitive solar cells
FATİH KAPLAN
- Kinolin esaslı D-π-A-π-A bileşiklerinin boya duyarlı güneş hücrelerinde uygulamaları
Applications of D-π-A-π-A quinoline compounds for dyesensitized solar cells
SAADET SEVİNDİK
- 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
- Boya duyarlı güneş hücreleri için bazı 2,4,6-triarilpiridin türevlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of some 2,4,6-triarylpyri̇di̇ne derivatives for dye-sensitized solar cells
DİLEK ARSLAN