Yeni nesil perovskit güneş hücrelerinde iskelet yapıların desenlenmesi
Patterning of scaffold structures on new generation perovskite solar cells
- Tez No: 499532
- Danışmanlar: PROF. DR. MAHMUT KUŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Selçuk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
Perovskit yapılar, son yıllarda düşük maliyetli çözünür süreçler ile yüksek verimli güneş hücrelerinin üretimine imkan veren son derece ilgi çekici bir araştırma konusudur. Literatürde farklı avantajlara sahip olan TiO2 gözenekli ve düzlemsel yapıda güneş hücresi çalışmaları bulunmaktadır. Özellikle yüksek etkin alana sahip olan gözenekli yapıların üretim maliyetleri, organik moleküllerin kullanıldığı düzlemsel yapıdaki hücrelere göre çok yüksek olmaktadır. Organik malzemelerin düşük mobilite değerleri nedeni ile uygulamada sınırlı bir performansa sahip oldukları bilinmektedir. Ancak organik malzemeler tek kristal olarak büyütüldüğünde bu dezavantajları ortadan kalkmaktadır. Organik tek kristallerin üretim ve uygulamları konusu oldukça yenidir ve literatürde oldukça az örneği bulunmaktadır. Bu çalışmada öncelikle homojen bir perovskite tabakası elde edilerek tekrarlanabilir üretim şartları belirlenmiş ve yüksek verimli güneş hücreleri için optimum parametreler elde edilmiştir. Bu amaçla farklı CH3NH3PbI3 perovskit üretim teknikleri araştırılarak düzlemsel yapıdaki performansları karşılaştırılmıştır. PDMS baskılama ve v-PVT teknikleri ile nano boyutta iskelet yapılar oluşturularak, gözenekli ve düzlemsel güneş hücresi yapılarının farklı avantajları bir araya getirilmiştir. v-PVT yöntemine grafen ve grink çekirdeklenme tabakaları üzerinde çinko fitalosiyanin (ZnPc) organik tek kristal nano sütunların üretilmesi için yer verilmiştir. ZnPc nano sütunlar kendiliğinden rastgele desenlenmiş şekilde yüzeyde büyütülerek boşluk iletim katmanı olarak kullanılan iskelet yapılar elde edilmiştir. Üretilen bu nano yapıların aynı zamanda PDMS baskılama ile grink çözeltisi desenlenerek düzenli nano yapılar elde edilmiş ve güneş hücresi üretiminde kullanılmıştır. PDMS baskılama yöntemi ile TiO2 tabakası desenlenerek elde edilen güneş hücrelerinin enerji dönüşüm veriminin iyileştirilmesi incelenmiştir. Üretilen ince filmler ve nano yapılar UV-Vis, SEM, AFM, optik mikroskop, IPCE, XRD ve UPS gibi ileri tekniklerle karakterize edilerek optik, morfolojik ve yapısal özellikleri incelenmiştir. Perovskit güneş hücrelerinin üretilmesinden sonra, fotovoltaik karakterizasyonları yapılarak desenleme çalışmasının etkisi belirlenmiştir. Sonuç olarak düzlemsel TiO2 güneş hücrelerinde desenleme ile verimin %6,7'den (modifiye edilmemiş) %8,6'ya (modifiye edilmiş) yükselttiği belirlenmiştir. Nano sütunların iskelet yapı olarak kullanıldığı güneş hücrelerinde en iyi sonuçları desenlenmiş grink üzerinde büyütülen ZnPc ile üretilen güneş hücreleri vermiştir. İnce film ZnPc ile %7,6 olarak bulunan verim, desenlenmiş grink film üzerinde büyütülen ZnPc nano sütunların kullanılması ile %10,9'a çıkarılmıştır.
Özet (Çeviri)
In recent years, perovskite structures which make it possible high-performance solar cells fabrication by the low-cost soluble process are a very attractive research area. In literature, there are so many studies on mesoporous TiO2 and planar structure solar cells. Especially it is very high the fabrication costs of mesoporous TiO2 solar cells which has a high effective area in comparison with planar solar cells fabricated from organic materials. It is very well known that organic materials have limited performance due to the low mobility. However, this handicap of the organic materials could be vanished by the deposition of single crystal form. The subject of the fabrication and applications of organic single crystals are very novice and very few sample could be found in literatuıre. In this study, primarily reproducible fabrication conditions of homogeneous perovskite crystals and carried out the optimization parameters to high-performance solar cells. Planar structure solar cells performances compared to different CH3NH3PbI3 perovskite fabrication methods investigated, for this purpose. The advantages of mesoporous and planar structures are combined with the fabrication of scaffold structures in nanoscale by the PDMS imprinting and the vertical physical vapor transport (v-PVT) techniques. The v-PVT system employed to deposition of zinc phthalocyanine (ZnPc) molecules as single crystal nanopillars on graphene-ink (grink) and graphene nucleation layers. The scaffold structures get by randomly self-patterned ZnPc nanopillars deposited on a surface which is utilized as hole transport layers. These nanostructures also patterned with the grink solution by the PDMS imprinting and used to the fabrication of solar cells. The improvement of energy conversion of solar cells fabricated by PDMS imprint of the TiO2 layer is investigated. Optical, morphological and structural properties of fabricated thin films and nanostructures were investigated by using UV-Vis, SEM, AFM, UPS, optical microscopy, IPCE and XRD techniques. Perovskite solar cell current-voltage characterizations were conducted to understand the patterning effect on photovoltaic device parameters. As a result, the efficiency increase determined from %6,7 to %8,6 in planar TiO2 by patterning. Best results in the solar cells made from nanopillars employed as scaffold layers, obtained from the nanopillar structure fabricated by patterned grink solutions. The result obtained from thin film ZnPc %7,6 has increased to %10,9 by using nanopillars developed on patterned grink film.
Benzer Tezler
- Sepiyolit temelli iskelet yapısına sahip yüksek verimli yeni nesil perovskit güneş hücrelerinin üretimi
Fabrication of sepiolite based scaffold structures on high efficiency new generation perovskite solar cells
ESMA YENEL
Doktora
Türkçe
2018
EnerjiSelçuk ÜniversitesiNanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT KUŞ
PROF. DR. ZİYA ERDEM KOÇ
- Yeni nesil perovskit güneş hücreleri için boşluk aktarım moleküllerin tasarımı ve uygulamaları
Design and application of hole transfer materials for new generation perovskite solar cells
CEYLAN DOYRANLI
- Perovskit güneş hücrelerinde kuantum nanomalzemeler ile katkılama işleminin fotovoltaik parametrelere etkisi
The effect of doping with quantum dot nanomaterials on photovoltaic parameters in perovskite solar cells
AYŞEGÜL TOPRAK
Doktora
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriSelçuk ÜniversitesiNanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ERSÖZ
DOÇ. DR. PARVANEH MOKARIAN
- Novel hole transport, large ammonium cation and dopant materials for realization of high-performance perovskite solar cells
Yüksek performanslı perovskit güneş hücreleri için özgün boşluk taşıma, büyük amonyum katyonu ve katkı malzemeleri
ESRA BAĞ ÇELİK
Doktora
İngilizce
2023
Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRULLAH GÖRKEM GÜNBAŞ
DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ
- Perovskit güneş hücresi için p-tipi konjuge polimer sentezi ve uygulaması
Synthesis and its application of p-type conjuge polymer for perovskite solar cell
NEFİSE DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Enerjiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiNanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA CAN