Geri Dön

Molten salt assisted self-assembly (MASA): Synthesis, characterization and solar cell performances of mesoporous silica-CdSe and titania-CdSe thin films

Eriyik tuz yardımlı kendiliğinden oluşma (EYKO): Mezogözenekli SiO2-CdSe ve TiO2-CdSe ince filmlerinin sentezi, karakterizasyonu ve güneş pili performansları

PDF İndir

  1. Tez No: 392499
  2. Yazar: AHMET SELİM HAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER DAĞ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2015
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 117

Özet

Bu çalışmada [Cd(H2O)4](NO3)2 tuzu, Si(OCH3)4, TMOS veya Ti(OC4H9), TTBO polimerleştirici ajanları, iki yüzeyaktif madde (setiltrimetilamonyum bromür, CTAB ve 10-löril eter, C12H25(OCH2CH2)10OH, C12EO10); eriyik tuz yapılı kendiliğinden oluşma (EYKO) öncülleri olarak kullanıldı ve Cd(II)/yüzeyaktif mol oranları değiştirilerek ince mezogözenekli filmler hazırlandı. İnce filmler 2 basamakta hazırlandı: ilk adımda TiO2 parçacıkları (P25) (parçacıklar tipik olarak 20-25 nm civarında), etanol içinde iyice homojenize edilip ardından uygun bir alttaş üzerine spin kaplama yöntemiyle kaplandı ve 450oC'ye kadar ısıtıldı. İkinci basamakta ise yukarıda bahsedilen berrak çözelti (tuz, CTAB, C12E10, SiO2 veya TiO2 kaynağı ve etanol) TiO2 (P25) üzerine damlatıldı ve tekrar spin kaplama yöntemiyle TiO2 film üzerine homojen dağılması sağlandı ve tekrar 450 oC'ye ısıtıldı. Filmin tuzun erime noktasından (65oC civarı) başlayarak 450 oC'ye kadar yavaşça ısıtılmasıyla (1 oC/dakika hızla) mezogözenekli SiO2/TiO2-kadmiyum oksit(CdO) ince filmleri oluşturuldu ve mezo-CdO-SiO2-P25 ve mezo-CdTiO3-P25 olarak adlandırıldı. Berrak çözelti kullanılarak ayrıca P25 kullanılmadan doğrudan cam üstüne spin kaplama yapılarak mezo-CdTiO3 ince filmi de elde edildi. Hazırlanan filmler daha sonra 100 oC'de 30 dakika boyunca H2Se gazı ile tepkimeye sokuldu ve mezo-CdSe-SiO2-P25, mezo-CdSe-TiO2-P25 ve mezo-CdSe-TiO2 filmleri elde edildi. SiO2 örneği daha sonra seyreltik HF çözeltisiyle muamele edildi ve SiO2'den arındırılmış mezo-CdSe-P25 elde edildi. Elde edilen ürünlerin karakterizasyonları XRD, FT-IR, UV-VIS ve Raman spektroskopileri, EDX ve Solar Ölçüm teknikleriyle yapıldı. Raman ve EDX ölçümlerine göre, SiO2 örneklerindeki CdSe miktarının TiO2 örneklerinden daha fazla olduğu belirlendi ve bu sonuç ile SiO2 örneklerinin daha reaktif olduğu tesbit edildi. Ayrıca hem SiO2 hem TiO2 örneklerinde CdSe miktarının en yüksek olduğu Cd/yüzeyaktif mol oranının 6 olduğu tesbit edildi. Flor doplanmış kalay oksit (FTO) camı, güneş pili ölçümleri için kullanılan anot elektrotunun yapımında şeffaf ve iletken bir alttaş olarak kullanılmıştır. Güneş pili ölçümlerine göre, P25 üzerinde hazırlanan SiO2 ve TiO2 örneklerinin P25 kullanılmadan hazırlanan TiO2 örneğine göre daha yüksek verim gösterdiği ve P25 üzerinde sentezlenen bu iki örneğin verim değerlerinin birbirlerine yakın olduğu görüldü(güneş pilinde verim, güneş pilinin verdiği elektrik enerjisi çıktısının güneşten gelen enerjiye oranı olarak tanımlanır). En verimli örneklerin genel olarak 6 veya 8 Cd/yüzeyaktif mol oranına sahip örnekler olduğu belirlendi. Pil verimini arttırmak için Mn(II), Fe(III), Cu(II) ve Co(II) bazı 3d grubu geçiş metal katyonları dopant olarak kullanıldı. Pil veriminde Mn(II) eklenmiş SiO2 örneklerinde 10%, TiO2 örneklerinde 30% oranında artış gözlendi. Cd(II)/yüzeyaktif mol oranları değiştirilerek, elektrolitin (Na2S/S8) hazırlandıktan sonraki bekleme süresi değiştirilerek, film hazırlama esnasında EYKO çözeltisi birden fazla defa spin kaplama yapılarak, EYKO çözeltisine değişik metal katyonları farklı mol oranlarında ilave edilerek ve son olarak anot elektrodun üzeri ZnS veya CTAB gibi moleküllerle kaplanıp modifiye edilerek güneş pili ölçüm karakterizasyonları yapıldı. Yukarıda bahsedilen her bir parametrenin güneş pili performansını değiştirdiği görüldü. Her bir parametrenin güneş pili verimine etkisi I-V eğrisi ile tesbit edildi. Sonuç olarak, Na2S/S8 elektrolitinin yeni hazırlanmış olmasının, EYKO çözeltisini 2 defa kaplamanın, Mn(II) katyonunu dopant olarak seçmenin ve Mn(II)/Cd(II) mol oranını 0.15 olarak ayarlamanın ve anodu kaplamak için CTAB kullanmanın isabetli olduğu görüldü.

Özet (Çeviri)

A series of solutions of a salt ([Cd(H2O)4](NO3)2), a polymerizing agent (Si(OCH3)4, TMOS or Ti(OC4H9), TTBO), two surfactants (cetyltrimethylammonium bromide, CTAB and 10-lauryl ether, C12H25(OCH2CH2)10OH, C12EO10) have been prepared and used as the molten salt assisted self-assembly precursors by only changing the Cd(II)/surfactant mole ratios for the preparation of mesoporous films. The thin films were prepared in two steps: in the first step, the titania particles (titania particles are typically 20-25 nm (P25)), dispersed in ethanol, have been spin coated over various substrates and annealed at 450oC and in the second step, the clear solutions given above (salt, CTAB, C12E10, silica or titania source and ethanol) were drop casted or spin coated over the titania (P25) films and calcined at 450oC. Slow calcination of the films (with an increment of 1 oC/min), starting from the melting point of the salt (around 65oC) to 450 oC has produced the mesoporous silica/titania-cadmium oxide (CdO) thin films denoted as meso-CdO-SiO2-P25 and meso-CdTiO3-P25. The clear solutions were also used to make the thin films without P25 and denoted as meso-CdTiO3. The films were then exposed to a H2Se atmosphere at 100oC for 30 min, and the samples were denoted as meso-CdSe-SiO2-P25, meso-CdSe-TiO2-P25 and meso-CdSe-TiO2. The silica sample was further treated with a dilute HF solution (etching process) that results silica free meso-CdSe-P25. The characterization of the materials produced in this thesis was made by using XRD, FT-IR spectroscopy, UV-VIS, Raman, EDX and Solar Measurement techniques. Silica samples have greater amount of CdSe than titania samples according to the Raman and EDX data which implies that silica samples are more reactive. Also in both silica and titania, the samples with a Cd/surfactant mole ratio of 6 have the greatest amount of CdSe. Fluorine doped SnO2 (FTO) has been used as a transparent conductive substrate for the preparation of the anode electrode for the solar measurements. According to the solar measurements, the silica and titania samples on P25 show greater efficiency than the titania samples without P25 and generally have similar efficiencies (the efficiency is the ratio of the electrical output of a solar cell to the incident energy in the form of sunlight). The most efficient samples are generally the samples prepared using Cd/surfactant mole ratios equal to 6 and 8. In order to increase the efficiency, 3rd row transition metal cations such as Mn(II), Fe(III), Cu(II) and Co(II) are doped into above samples. The efficiency has been increased by 10 % in the silica and 30 % in the titania samples upon doping with 15% Mn(II). The solar cell characteristics of the electrodes were tested using the following parameters; by changing the Cd(II)/surfactant mole ratio (many samples were prepared and used for this purpose), by changing the aging of the electrolyte (Na2S/S8), by using multiple coating the MASA solution in the preparation stage of the electrodes, by doping the samples with various transition metal ions, and finally by modifying the surface of the electrode by coating with ZnS or CTAB. Each of these parameters has an effect on the cell performance. The effect of each parameter is monitored by measuring the I-V characteristics of the cells and found out that the best results were obtained from the electrodes made using 6 or 8 Cd/surfactant mole ratio in MASA system, freshly prepared Na2S/S8 electrolyte, coating of the MASA solution twice on electrode, doping Mn(II) cations with 0.15 Mn(II)/Cd(II) ratio and using CTAB for coating anode electrode.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    593608

    Synthesis & characterization of modified mesoporous LiMn2-xCoxO4 thin films as water oxidation electrocatalysts

    Su oksidasyon elektro-katalizörü mezoporlu modifiye LiMn2-xCoxO4 ince filmlerin sentezi ve karakterizasyonu

    IRMAK KARAKAYA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMER DAĞ

  2. Tez No

    360926

    Synthesis, characterization and pore size control of mesoporous Li4Ti5O12, CoTiO3 and MnTiO3 thin films

    Mezogözenekli Li4Ti5O12, CoTiO3 ve MnTiO3 ince filmlerin sentezi, karakterizasyonu ve gözenek boyutu kontrolü

    CİVAN AVCI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMER DAĞ

  3. Tez No

    450634

    Synthesis & characterization of mesoporous LiCoO2 and LiMn2O4 thin films

    Mezogözenekli LiCoO2 ve LiMn2O4 ince filmlerin sentezi ve karakterizasyonu

    GÜLBAHAR SAAT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMER DAĞ

  4. Tez No

    593610

    Synthesis and characterization of mesoporous nickel oxide and nickel cobaltite thin films

    Mezogözenekli nikel oksit ve nikel kobalt oksitince filmlerin sentezi ve karakterizasyonu

    ASSEL AMIRZHANOVA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMER DAĞ

  5. Tez No

    486728

    Synthesis and characterization of mesoporous cadmium titanate thin films

    Mezogözenekli CdTiO3 ince filmlerin sentezi ve karakterizasyonu

    ZEYNEP ÖZKÖK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖMER DAĞ

Geri Dön