Investigating the effects of nanostructured dielectric lithium fluoride and plasmonic gold interlayers in organic photovoltaics, including the use of In-Situ impedance spectroscopy
Nanoyapılandırılmış dielektrik lityum florür ve plazmonik altın aratabakaların organik fotovoltaikler üzerindeki etkilerinin In-Situ impedans spektroskopisi de dahil incelenmesi
- Tez No: 444540
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CLEVA WAN OW YANG
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 146
Özet
Organik güneş hücrelerinin verimleri, aktif tabaka ve elektrotlar arasında yer alan organikinorganik ara tabakadaki sorunlar nedeniyle kısıtlıdır. Bu ara tabakalara, nano ölçekte yapılandırılmış fonksiyonel ara tabakaların entegrasyonu fotovoltaik verimin arttırılmasına yönelik bir çözüm sunmaktadır. Sunulan çalışmada, solüsyon prosesli dielektrik LiF (sol- LiF) ve plazmonik altın (sol-Au) nanoyapılarla dekore edilmiş indiyum kalay oksit (İTO) anot yüzeylerin,“bulk heteroeklem”(BHJ) tipi organik fotovoltaiklerin (OPV) performansını arttırdığı görülmüştür. İnce film İTO anotun yüzey iş fonksiyonunun, organik tabakalar ile İTO anot arasındaki enerji düzeyi uyumunu iyileştirmeye olanak sağlayacak şekilde, sol-LiF nanoparçacıklarının yüzeyde kapladığı alana bağlı olarak kontrollü bir şekilde ayarlanabildiği gözlemlenmiştir. Bunlara ilaveten; gelen ışığın elektrik alan komponenti, lokalize yüzey plazmon rezonansların (LSPR) uyarılması sebebiyle sol-Au nanoparçacıkların kenarlarında güçlü bir şekilde yoğunlaşmıştır. Bu ara tabakalar BHJ OPV güneş hücrelerine entegre edildiklerinde, sol-Au nanoparçacıklar anten gibi davranarak BHJ'nin ışık emilimini arttırmış ve bu suretle yük taşıyıcıların oluşturulmasını güçlendirmiştir. Sonuç olarak kullanılan her iki çeşit nanaoparçacık ara tabakası da, fotoakım üretimininin artmasına katkıda bulunmuştur. Bu artışın altında yatan nedenleri araştırmak üzere, nanoyapılandırılmış anotlara sahip OPV güneş hücreleri çalışır durumda iken, impedans spektroskopisi (IS) kullanılarak analiz edilmişlerdir. Elde edilen bulgulara göre; sol-LiF nanoparçacıklar enerji düzeyi uyumunun iyileştirilmesi sayesinde yük toplama verimini arttırmışlardır. Sol-Au nanoparçacıkların ise, yük toplama proseslerini etkilemeden yük oluşum verimini yükselttikleri görülmüştür. IS çalışmaları; çok değişkenli OPV aygıt karakteristikleri yerine, kullanılan spesifik nano yüzeylerden kaynaklı performans artışının altında yatan mekanizmaların detaylı bir şekilde tanımlanmasına olanak sağlamıştır.
Özet (Çeviri)
Organic solar cell performance can be limited by the problematic organic-inorganic interfaces between the active layer and the electrodes. One solution is the incorporation of nanostructured functional interlayers, which enable additional engineering control of these interfaces to improve photovoltaic performance. Herein we demonstrated that solutionprocessed dielectric LiF (sol-LiF) and plasmonic Au (sol-Au) nanostructuring on the indium tin oxide (ITO) anode can be used to improve bulk heterojunction (BHJ) organic photovoltaic (OPV) device performance. We show that the surface work function of ITO thin film anodes can be tuned via the areal density of sol-LiF nanoparticles and enables the optimization of energy level alignment between the organic layers and ITO. In addition, we show that the electric field component of incident light is strongly enhanced at the edges of sol-Au nanoparticles, due to the excitation of localized surface plasmon resonances (LSPR). When incorporated into BHJ OPV devices, these sol-Au nanoparticles improved the efficiency of BHJ absorption by acting like antennas, enhancing charge carrier generation. Each of these interlayer types contribute to increased photocurrent generation. In order to distinguish the root cause of improvement, impedance spectroscopy (IS) analysis was applied to the modified OPVs in-operando. In the case of sol-LiF, more favorable energy level alignment engenders better charge collection. In the case of sol-Au, the improved charge generation rate occurs without perturbing the carrier extraction. Thus instead of tracking the multivariate OPV device characteristics, IS enables more detailed analysis of the underlying operating mechanisms to elucidate the specific contributions of nanostructured interlayers.
Benzer Tezler
- Synthesis of conducting polymers and investigation of their electrical properties
İletken polimerlerin sentezi ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi
ESMA AHLATCIOĞLU
Doktora
İngilizce
2015
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
DOÇ. DR. MUSTAFA OKUTAN
- Farklı lantanit grubu elementler doplanarak elde edilen lüminesans malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of luminescence materials doped by different lanthanite group elements
FATMA ÜNAL
Doktora
Türkçe
2019
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHAMMET KÜRŞAT KAZMANLI
- Femtosaniye lazerlerin metallerle etkileşimlerinde dalgakılavuzu davranışlarının incelenmesi
Investigation of waveguide behaviour in the interaction of femtosecond lasers with metals
ABDULLAH KAMURAN TÜRKOĞLU
Doktora
Türkçe
2012
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELÇUK AKTÜRK
- Gama ışınlarına maruz kalmış ZrO2 ince filmlerin karakterizasyonu
The characterization of ZrO2 thin films irradiated with gamma radiation
DEFNE ABAYLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiNükleer Araştırmalar Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
- Development of multi-layer conductive polymer nanocomposites for electromagnetic shielding application
Elektromanyetik kalkanlama uygulamaları için katmanlı iletken polimer nano kompozitlerinin geliştirilmesi
FATMA ZEHRA ENGİN SAĞIRLI
Doktora
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ