Planar perovskite solar cells with metal oxide transport layers by co-evaporation and hybrid vapor-solution sequential method
Birlikte buharlaştırma ve hibrit buhar çözeltisi sıralı yöntemi ile metal oksit delik (Hole) taşıma katmanlı düzlemsel perovskit güneş hücreleri
- Tez No: 621931
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK YERCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Enerji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Science and Technology, Energy, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 120
Özet
Perovskit güneş hücrelerinde yakın zamanda gösterilen %25'in üzerinde verimlilik elde etme başarısı, fotovoltaik (FV) endüstrisinin ölçeklenebilirlik gereksinimlerini karşılamak için imalat tekniklerini daha da geliştirmeyi gerektirdi. Birlikte buharlaştırma ve hibrit buhar çözeltisi tekniklerinin, düzgün ve verimli düzlemsel perovskit güneş hücreleri ürettiği gösterilmiştir. Bu sebeple, bu çalışmada, organik öncü maddenin kısmi basıncı çalışılarak, birlikte buharlaştırma metodu optimize edilmiştir. Daha sonra, n-i-p ve p-i-n yapılarındaki elektron taşıyıcı katmanlar araştırılarak %13,0 ve %16,1 verime sahip hücreler elde edilmiştir. Öte yandan, hibrit buhar çözeltisi metodu ile karışık halojenür perovskitler üretilmiş ve perovskit katmanının kristalleşme oranı ve morfolojisini kontrol etmek için PbI2'nin kaplanma oranı ve metilamonyum halojenürün çözülme oranına odaklanılmıştır. Bu yöntem MAPbI3-X-YBrXClY kulanılma durumunda %19,8 verimlilik ve 90 saatlik operasyonel kararlılıkla sonuçlanmıştır. Bu, ilk inorganik katmanın vakum biriktirme yöntemiyle homojen biriktirilmesinden dolayı ölçeklenebilirliğe yönelik önemli bir ölçüdür. Perovskit FV'nin ölçeklenebilirliğine bir başka adım olarak, geniş bant aralıklı ve perovskit ile eşleşen bant yapısıyla kararlı bir boşluk taşıma katmanı olarak NiOX'u kaplamak için radyo frekansı (RF) magnetron saçtırma yöntemi kullanılmıştır. Ar-kısmi basınç, birikme hızı ve Cu katkılamanın saçtırma ile büyütülmüş NiOX'un optoelektronik özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. NiOX'un organik (Poli-TPD) ve inorganik (CuO) materyalleri kullanılarak pasive edilmesi perovskit güneş hücrelerinin verimliliklerini sırasıyla %2,2 ve %1,2 artırmıştır. Son olarak, birlikte saçtırma kullanılarak Cu katkılı NiOX katmanı ile üretilen perovskit hücrelerinin verimlilikleri %3 iyileştirilmiştir. Bu tez yüksek verimli perovskit FV'lere yönelik ölçeklenebilirlik uygulamaları açısından (buharlaştırmadan saçtırmaya) bir referans ölçütü sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
The recent success in achieving beyond 25% efficiency with perovskite solar cells (PSC) has called for further upgrading the fabrication techniques to meet the scalability requirements of the photovoltaic (PV) industry. Co-evaporation and a hybrid vapor-solution technique have been shown to produce uniform and efficient planar PSCs. Therefore, in this study, co-evaporation method was optimized studying the partial pressure of the organic precursor. Later electron transport layers in n-i-p and p-i-n structures were addressed achieving 13.0% and 16.1% efficiencies, respectively. Besides, mixed-halide perovskites were fabricated following a hybrid sequential method focusing on the deposition rate of PbI2 and a solution of methylammonium-halides to control the crystallization and morphology of the perovskite layer. This conferred efficiencies up to 19.8% in the case of MAPbI3-X-YBrXClY with 90 hours of operational stability. This is an important measure towards scalability due to the uniform deposition of the first inorganic layer by vacuum-deposition. As another step towards the scalability of perovskite PV, radio frequency (RF) magnetron sputtering was devised to deposit NiOX as a hole transport layer with wide bandgap, matched band structure with perovskite, and stability. The effect of Ar-partial pressure, deposition rate on the optoelectronic properties of the sputtered NiOX was investigated. The passivation of NiOX using organic (Poly-TPD) and inorganic (CuO) materials boosted the overall efficiency of the PSCs by 2.2% and 1.2%, respectively. Finally, Cu doping NiOX via co-sputtering enhanced the efficiency of the PSCs by 3%. This thesis provides a benchmark for applying scalable methods (from evaporation to sputtering) towards efficient PSCs.
Benzer Tezler
- Metal oksit-organik hibrit boşluk taşıyıcılı perovskit güneş pillerinin geliştirilmesi
Development of perovskite solar cells with metal oxide-organic hybrid hole transport layer
YAĞMUR SU ÜNAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiYenilenebilir Enerji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
- Enerji, optik sensör ve aktif gıda paketleme alanlarında kullanılmak üzere yüzeyi işlevselleştirilmiş floresans karbon noktaların geliştirilmesi
Development of surface functionalized fluorescence carbon dots for use in energy, optical sensor, and active food packaging areas
MELİS ÖZGE ALAŞ
Doktora
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiMersin ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RÜKAN GENÇ ALTÜRK
- Akridin esaslı boyaların ortak duyarlaştırıldığı güneş hücrelerinin fotovoltaik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of photovoltaic properties of solar cells sensitized by acridine-based dyes
MELİHA GİZEM BEKMEZ
- Perovskite güneş hücreleri için metal oksit alttaşların üretimi ve tasarımı
Fabrication and design of metal oxide substrates for perovskite solar cells
FURKAN EMRULLAH AŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Mühendislik BilimleriNecmettin Erbakan ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. SEÇKİN AKIN
- Fabrication of nanostructured metal oxide materials and their use in energy and environmental applications
Nanoyapılı metal oksit malzemelerin üretimi ve enerji ve çevre uygulamalarında kullanımı
MEHMET DURMUŞ ÇALIŞIR
Doktora
İngilizce
2020
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ KILIÇ