Donor-acceptor type bulk nano-heterojunction solar cell designs based on electronically coupled lead selenide nanorods and lead selenide quantum dots
Elektriksel bağlaşım içinde olan kurşun selenyum nano çubuk ve kurşun selenyum kuantum nokta temelli elektron verici-alıcı tipi heteroeklem güneş hücrelerinin tasarımı
- Tez No: 733476
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ DEMET ASİL ALPTEKİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
Fotoakımı iyileştirmedeki yüksek potansiyeli nedeniyle çoklu eksiton oluşturma işlemi (MEG), güneş enerjisi araştırmalarında büyük ilgi görmektedir. Bu bağlamda, yüksek MEG verimine sahip PbSe nano-çubukları (NÇ) umut vadeden adaylardan biri olarak değerlendirilmektedir. Ancak, PbSe NÇ temelli, düşük performans gösteren sınırlı sayıda güneş pili çalışmasının rapor edilmesi, PbSe NÇlerinin fotovoltaik teknolojilerinde kullanımlarını sınırlandırmaktadır. Bu tezde, kovalent bağlı PbSe KNler ve PbSe NÇlerin ışık soğurucu katman olarak kullanıldığı nano-heteroeklem güneş hücreleri optimize edilmiş ve literatürde ilk kez, hücre katmanlarının ve hücre üretim parametrelerinin tasarımdaki rolleri araştırılmıştır. Düşük parçacık-boyut dağılımına sahip, yüksek kalitede KN ve NÇler sıcak enjeksiyon yöntemi ile sentezlenmiş ve Uv-Vis Spektrofotometre, TEM ve UPS teknikleri ile karakterize edilmiştir. Ters mimariye sahip güneş hücreleri üretilmiş, I-V ve EQE teknikleri ile karakterize edilmiştir. Güneş hücrelerinin performansları, aktif katman, elektron taşıma ve delik taşıma katmanlarının optimize edilmesiyle artırılmıştır. Aktif ve elektron taşıma katmanlarının kalınlık optimizasyonları ve ısıl işlem uygulamalarının hücre verimini artırmada ve MEG beklenen dalga boylarında EQE/IQE değerlerini artırmada kilit role sahip oldukları tespit edilmiştir. Ek olarak, HTL tipinin hücre performansı üzerinde etkisi olduğu anlaşılmıştır. Bu bağlamda, HTL olarak 1.4 eV bant aralığına sahip PbSe KNler, 1.3 eV bant aralığına sahip PbS KNler ve TIPS-Pentacene molekülü kullanılmıştır. 1.4 eV bant aralığına sahip PbSe KNlerin HTL olarak kullanıldığı hücrelerin yüksek performansa sahip oldukları görülmüştür. Ek olarak, heteroeklem tabakayı oluşturan NÇ ve KNleri bir arada tutan ligand yapısının, hücre performansını önemli ölçüde etkilediği tespit edilmiştir. Gerçekleştirilen çalışmalar sonunda NÇ-KN temelli nano-heteroeklem güneş hücreleri bilinen en yüksek verime ulaşmıştır;>%100 EQE/IQE ve %4,09 PCE.
Özet (Çeviri)
Multiple exciton generation (MEG) process has received a great deal of attention in solar energy research due to its high potential in improving photocurrent. In this respect, PbSe NRs are considered as one of the most promising candidates due to their remarkable MEG yield. However, limited number of solar cell studies based on PbSe NRs and their poor performances have been limiting their utilization in photovoltaic (PV) technologies. In this thesis, previously introduced solar cell design, where covalently bonded PbSe QDs and PbSe NRs in a BNHJ layer were utilized as light absorbing layer, were further optimized and the direct roles of solar cell components and processing conditions are disclosed for the first time in literature. High quality QDs and NRs with low polydispersity were synthesized with hot injection method and characterized by techniques such as UV-Vis spectroscopy, TEM and UPS. Solar cells with inverted architecture were fabricated and characterized by I-V and EQE techniques. Performance of the solar cells was enhanced by optimizing the cell components such as light absorbing active layer, electron transport and hole transport layers. Optimization of the thicknesses of the active and electron transport layers, and heat treatment were found to be the key factors for improving the performance of the solar cells in terms of PCE and EQE/IQE values at energies where the MEG is expected to take place. Additionally, we found that the type of the HTL has a profound affect in cell performance. In this sense, PbSe QDs with 1.4 eV band gap, PbS QDs with 1.3 eV band gap and TIPS-Pentacene molecule were utilized as HTLs. We found that PbSe QDs with 1.4 eV band gap leads to the best performing cells. Furthermore, we found that the structure of the ligand that holds NRs and QDs together in BNHJ layer has a drastic affect in cell performance. The optimized BNHJ devices lead to the best performing cells comprising PbSe NRs in literature; >100% EQE/IQE and 4.09% PCE.
Benzer Tezler
- Çinko oksit (ZnO) nanoyapıların organik güneş pillerinde uygulaması
Organic solar cells on ZnO nanostructures
FARUK BALLIPINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİGEN KADIRGAN
- Selective plasmonic control of excitons and their non-radiative energy transfer in colloidal semiconductor quantum dot solids
Kolloidal yarıiletken kuvantum noktacık filmlerinde ekzitonların seçimli plazmonik kontrolü ve radyasyonsuz enerji transferleri
TUNCAY ÖZEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Çok fonksiyonlu materyaller: Donör- akseptör tipi konjuge polimerler ve fotovoltaik uygulamaları
Multy-functional materials: Donor- acceptor type conjugated polymers and their fotovoltaic applications
HAKAN BİLGİLİ
- Synthesis of new conjugated donor-acceptor type polymers for photovoltaic device applications
Yeni donör-akseptör tipi polimerlerin sentezi ve fotovoltaik uygulamaları
HAVA ZEKİYE KAYA
Doktora
İngilizce
2015
Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT KAMİL TOPPARE
PROF. DR. NECATİ ÖZKAN
- New quinoxaline containing donor-acceptor type conjugated polymers for organic solar cells
Organik güneş pilleri için yeni kinoksalin içerikli donör-akseptör tipi konjuge polimerler
ÖZGE KARAGAÇTI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ÇIRPAN