Geri Dön

Güneş pillerinde fotohassaslaştırıcı olarak kullanılan simetrik olmayan TiO (IV) ftalosiyaninlerin sentezi ve karakterizasyonu

The synthesis and characterization of unsymmetrical TiO (IV) phthalocyanines used as photosensitizer in solar cells

PDF İndir

  1. Tez No: 733492
  2. Yazar: ÖMÜRCAN ÖZTÜRK
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ALTUĞ MERT SEVİM
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Kimya Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 139

Özet

Tamamen sentetik ürünler olan ftalosiyaninler, porfirinler ve porfirazinler gibi 18π elektron yapısına sahip olan makro halkalı yapılardır. İlk keşfinden beri ftalosiyaninler, yakıt hücreleri uygulamaları, tıp alanında kanserin fotodinamik terapisi, güneş pillerinde fotosensör, optik bilgisayarların okuma-yazma-algılama diskleri ve lazerli boyama sistemleri gibi birçok alanda kullanılma imkânı bulmuştur. Boya duyarlı güneş pillerinin (DSSC) en önemli bileşenlerinden birisi fotohassaslaştırıcılar olmaktadır. Araştırmacılar, güneş pillerinde yüksek hücre verimliliğine ulaşmak için bu sistemlerde fotohassaslaştırıcı olarak kullanılan boyaların geliştirilmesine odaklanmıştır. Doğal boyalar, metalsiz organik boyalar ve metal kompleksli boyalar olmak üzere bu fotohassaslaştırıcılar üç gruba ayrılmıştır. Rutenyum içerikli kompleks boyalar (N3, N719), sistemdeki kararlılıkları ve yüksek hücre verimi (%12'e kadar) sağlamalarından dolayı en popüler boyalardandır. Ancak, kırmızı ve yakın kızılötesi (NIR) bölgelerinde absorpsiyon yapmamaları, yüksek maliyetleri ve içerdikleri metalin nadirliği bu boyaların dezavantajları olmaktadır. Bu dezavantajlardan dolayı bilim insanları farklı alternatif moleküllere yönelmiştir. Porfirinler ve ftalosiyaninler (Pcs) metal kompleksli boyaların diğer üyeleri olmaktadır. Ftalosiyanin yapılı boyaların 300-700 nm civarında ve yakın kızılötesi (NIR) bölgelerinde absorpsiyon yapma yeteneklerinden dolayı araştırmacılar bu moleküller üzerine odaklanmıştır. Güneş ışınımının mor ötesi/görünür bölge/yakın kızılötesi bölgelerindeki dağılımları sırasıyla 7:45:48 oranında olmaktadır. Bu bağlamda, ftalosiyanin yapılı boyalar görünür bölgeden yakın kızılötesi (NIR) bölgesine kadar geniş bir alandaki fotonları toplama özelliğine sahiptir. Bu çalışmada, 4-(4-ter-bütilfenoksi)ftalonitril (L1) ile 4-(4-karboksifeniletinil)ftalonitril (L2) ve 4-(karboksietinil)ftalonitril (L3) bileşiklerinin doğrudan siklotetramerizasyonu ile A3B tipi simetrik olmayan oksotitanyum (IV) ftalosiyaninler (TiOPc1, TiOPc2) başarıyla sentezlenip literatüre kazandırılmıştır. Sentezlenen ftalosiyaninlerin yapıları FTIR, UV-Vis, 1H-NMR ve MALDI-TOF kütle spektroskopisi teknikleriyle karakterize edilmiştir. Sentezlenen TiOPc1 ve TiOPc2 boyaların güneş simülatörü altında fotovoltaik parametreleri incelenerek hücre verimleri sırasıyla %5,29 ve %5,62 olarak bulunmuştur. Ayrıca, TiOPc1 ve TiOPc2 ftalosiyaninlerin YD2 porfirin ile farklı oranlardaki kokteyl boyaları da hazırlanarak fotovoltaik parametreleri incelenmiştir. 3:1 mol karışım oranındaki YD2:TiOPc1 ve YD2:TiOPc2 kokteyl boyalar ile sırasıyla %11,18 ve %12,28'lik yüksek hücre verimliliğine ulaşılarak N719 rutenyum içerikli kompleks boya için alternatif boyalar oluşturulmuştur.

Özet (Çeviri)

Phthalocyanines, which are completely synthetic compounds, have 18π electron and macrocyclic structure like porphyrins and porphyrazines. Since its discovery, phthalocyanine has been used in many areas such as fuel cell applications, photodynamic therapy (PDT) in the field of medicine, photosensor in solar cells, optic disks and laser-dyeing systems. Photosensitizers are important components for dye-sensitized solar cells (DSSC). In order to reach high energy efficiency in solar cells, researchers have focused on developing dyes used as photosensitizers in these systems. Photosensitizers are separated into three groups. These are natural dyes, metal-free organic dyes and metal complex dyes. Ruthenium complex dyes (N3, N719) are popular dyes because of their stability in system and providing high energy efficiency (∼12%). However, ruthenium complex dyes have some disadvantages such as the absence of absorption in red and near-infrared (NIR) areas, high cost and the rarity of metal component. Because of these disadvantages, scientists have started to find new alternative molecules. Porphyrins and phthalocyanines (Pcs) are other members of metal complex dyes. Researchers have focused on phthalocyanines because of their unique absorption ability that is both 300-700 nm and near-infrared (NIR) areas. The distribution of solar radiation at ultraviolet/visible/near-infrared (NIR) areas is respectively 7:45:48 and in this context, phthalocyanine-based dyes have high ability to absorb photons which are in broad spectrum from visible area to near-infrared (NIR) area. In this study, A3B-type unsymmetrical oxotitanium (IV) phthalocyanines (TiOPc1, TiOPc2) were successfully synthesized with the direct cyclotetramerization reaction of 4-(4-tert-butylphenoxy)phthalonitrile (L1) with 4-(4-carboxyphenylethynyl)phthalonitrile (L2) and 4-(carboxyethynyl)phthalonitrile (L3). The structures of synthesized phthalocyanines were characterized with spectroscopic techniques such as FTIR, UV-Vis, 1H-NMR and MALDI-TOF MS. The photovoltaic parameters of TiOPc1 and TiOPc2 dyes were analyzed under solar simulation and energy efficiencies were respectively found as 5,29% and 5,62%. Also, the cocktail dyes of YD2 porphyrin and synthesized phthalocyanines in different ratios were prepared and their photovoltaic parameters were analyzed. It was found that the energy efficiencies of 3:1 mole ratio of YD2:TiOPc1 and YD2:TiOPc2 cocktail dyes were respectively 11,18% and 12,28%. Therefore, these cocktail dyes can be alternative for N719 ruthenium complex dye.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    572405

    Plasmonic tio2 composites for dye-sensitized solar cells applications

    Plazmonik tio2 kompozit malzemeler ve boya duyarlı güneş pillerinde kullanımı

    HİLAL YILDIRIM

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    EnerjiAnkara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi

    Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ KOUROUSH SALIMI

  2. Tez No

    85920

    Güneş pillerinde arayüzey durumlarının C-V karakteristiklerine etkisi

    Interface states effect on the capacitance-voltage characteristics

    ERCAN YILDIZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1999

    Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ŞEMSETTİN ALTINDAL

  3. Tez No

    859212

    Güneş pillerinde kullanılan organik poli(3-hekziltiyofen)(P3HT) polimerlerinin elektronik ve optik özelliklerinin incelenmesi

    Investigation of electronic and optical properties of organic poly(3-hexylthiophene)(P3HT) polymers used in solar cells

    ZEHRA EROL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAmasya Üniversitesi

    Yenilenebilir Enerji ve Uygulamaları Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MERYEM EVECEN

  4. Tez No

    238532

    Güneş pillerinde elektrolit olarak görev yapacak iletken polimerlerin sentezi

    Synthesis of conducting polymers used as electrolyte in solar cells

    SERMET KOYUNCU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    EnerjiÇanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EYÜP ÖZDEMİR

    PROF. DR. SIDDIK İÇLİ

  5. Tez No

    755181

    Metallophthalocyanines in dye sensitized solar cells

    Güneş pillerinde metalli ftalosiyanin kullanımı

    YAREN ERDAĞ MADEN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Kimya MühendisliğiMarmara Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ATIF KOCA

Geri Dön