Fabrication of hysteresis-free perovskite solar cells by SAM modified electrode
SAM modifiyeli ITO elektrot ile histeresis göstermeyen perovskit güneş hücresi üretimi
- Tez No: 748581
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞERAFETTİN DEMİÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Energy, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Perovskit güneş pilleri, kendiliğinden organize tek katman tabakaları, ara yüzey mühendisliği, güneş enerjisi, Perovskite solar cells, self-assembled monolayers, interface engineering, solar energy
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Sanayi devrimi ve dünya nüfusunun hızla artmasından sonra enerji, insanlığın temel sorunlarından biri haline gelmiştir. Çoğu enerji kaynağı, çevre sorunlarına neden olan fosil yakıtlara bağlıdır. Güneş enerjisi, artan dünya enerji talebine temiz ve sürdürülebilir bir alternatiftir. Bu bağlamda, perovskit güneş pilleri (PSC'ler), çok yüksek verimler elde etme kabiliyetleri nedeniyle çok dikkat çekicidirler. PSC'lerin güç dönüşüm verimliliği (PCE), 2009'da %3,8 iken 2022'de %25,5'in üzerine hızla çıkmıştır ve bu da onu bugüne kadarki en hızlı ilerleyen güneş pili teknolojisi haline getirmiştir. Bu tezde bulunan mevcut çalışma, yüksek güç dönüşüm verimliliği elde etmek için p-i-n tipi perovskit güneş pillerinde boşluk taşıma katmanı (HTL) olarak görev alan özgün kendiliğinden organize tek katman moleküllerine (SAMs) yoğunlaşmıştır. SAM'ler ile perovskite ve yük seçici katmanlar arasındaki ara yüz güç kayıpları azaltıldı. Ek olarak, SAM'ler ara yüzler arasındaki yük rekombinasyonunu azalttı, daha büyük tane boyutu ile perovskit film kalitesini iyileştirdi, cihaz kararlılığını ve PCE'yi de artırdı. Bu tezin amacı, geleneksel HTL'ler olan PEDOT:PSS ve PTAA'nın yerine SAM moleküllerinin kullanılmasıdır. Bu tez kapsamında yapılan çalışmalar iki bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde, p-i-n metilamonyum kurşun iyodür (MAPI) PSC'ler de en yaygın p-tipi kontak olan PEDOT:PSS'nin yerini almak için yarı iletken boşluk taşıma organik moleküllerinden yapılmış iki yeni SAM molekülünün (MC-43 ve TPA olarak adlandırılmıştır) kullanımını inceledik. SAM'lerle üretilen PSC'ler dikkate değer PCE'ler gösterdi. TPA ile üretilen cihazların en iyi hücre verimi %15.9 ve en iyi performans gösteren MC-43 hücresinin verimi ise %17.3'tür. Her iki SAM ile üretilen cihazlar, ihmal edilebilir bir histeresis ve daha iyi bir kararlılık gösterdi. Ayrıca MC-43 cihazları ile elde edilen verimin literatürde o zamana kadar bildirilen en yüksek değerler arasında yer aldığını da belirtmek fayda var (23.06.2018). İkinci bölümde, p-i-n tipi üçlü katyon (CsMAFA) PSC'ler için HTL'ler olarak kullanılan üç yeni SAM molekülünü ve performans karşılaştırılması için referans HTL olarak PTAA'nın kullanıldığını raporladık. SAM moleküllerinden ikisi, iki bacaklı yapıya (MC-54 ve MC-55 olarak adlandırılan) sahipken, bunlardan biri tek bacaklı yapıya (MC-45 olarak adlandırılan) sahiptir. PTAA karşılaştırılmasının yanı sıra, bu iki tip molekül (tek bacaklı ve iki bacaklı gruplar) arasında da bir karşılaştırma yaptık. İki bacaklı yapıya sahip (MC-54 ve MC-55) SAM moleküllerinin fotovoltaik performansı, tek bacaklı yapıya sahip MC-45 ile mevcut standart polimerik PTAA'ya göre daha yüksek PCE'ye gösterdiler. MC-54, MC-55, MC-45 ve PTAA'nın en iyi hücre performansı sırasıyla %19.52, %18.99, %16.69 ve %18.62'dir. SAM molekülleri ile üretilen cihazlar ihmal edilebilir histeresis ve daha iyi kararlılık gösterdi. .
Özet (Çeviri)
Energy has become one of the main problems of humanity after the industrial revolution and the rapid rise in world population. Most energy resources depend on fossil fuels, which causes environmental problems. Solar energy is a clean and sustainable alternative to the increasing world energy demand. In this context, perovskite solar cells (PSCs) are particularly attractive due to ability to achieve very high efficiencies. The power conversion efficiency (PCE) of PSCs has rapidly grown from 3.8% in 2009 to over 25.5% in 2022, which making it fastest advancing solar cell technology to date. The work present in this thesis is focused on the novel self-assembled monolayers (SAMs) that act as hole transport layer (HTL) in p-i-n type perovskite solar cells to obtain high power conversion efficiency. With SAMs, interfacial power losses between the perovskite and charge selective layers mitigated. In addition, SAMs decrease the carrier recombination between interfaces, improve the perovskite film quality with a bigger grain size, and increase device stability and PCE. The aim of this thesis is replacement of conventional HTLs, PEDOT:PSS and PTAA, by SAM molecules. The works done in this thesis consist of two parts. In the first part, we studied the use of two novel SAM molecules (nominated MC-43 and TPA) made of semiconductor hole transport organic molecules to replace the most common p-type contact, PEDOT:PSS, in p-i-n methylammonium lead iodide (MAPI) PSCs. The PSCs fabricated with SAMs show remarkable PCEs, with the best cell based on TPA scoring 15.9% and the best performing MC-43 cell scoring 17.3%. Devices fabricated with both SAMs show a negligible hysteresis and improved stability. Also, it is important to notice that the efficiency obtained with MC-43 devices is among the highest values reported in the literature until that time (23.06.2018). In the second part, we reported three novel SAM molecules used as HTLs for p-i-n type triple cation (CsMAFA) PSCs while PTAA used as baseline HTL for performance comparison. Two of SAM molecules have bidentate anchoring group (nominated MC-54 and MC-55) while one of them has monodentate anchoring group (nominated MC-45). Besides the PTAA comparison, we also have made a comparison between those two types of molecules (monodentate and bidentate groups). Photovoltaic performance of SAM molecule with bidentate anchoring groups (MC-54 and MC-55) has higher PCE than MC-45, which has monodentate anchoring group, and current standard polymeric PTAA. The best cell performance of MC-54, MC-55, MC-45 and PTAA are 19.52%, 18.99%, 16.69% and 18.62% PCE, respectively. Devices with SAM molecules have negligible hysteresis and improved stability.
Benzer Tezler
- Yeni nesil güneş pillerinde organik/hibrit arayüzeylerin elektronik yapısının araştırılması
Investigation of electronic structure at organic/hybrit interfaces in new generation solar cells
DUYGU AKIN KARA
Doktora
Türkçe
2019
Fizik ve Fizik MühendisliğiMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖRKEM OYLUMLUOĞLU
PROF. DR. MAHMUT KUŞ
- Manganese doped solution processed nickel oxide hole transport layer for perovskite solar cells
Perovskit güneş hücreleri için mangan doplu nikel oksit boşluk iletim malzemesi
MERVE DERYA OFLAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRULLAH GÖRKEM GÜNBAŞ
DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK YERCİ
- Kendi kendini temizleyen süperhidrofobik cam ve seramik yüzeylerin sentezi
The fabrication of superhydrophobic self cleaning glass and ceramic surfaces
MUSTAFA KINALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
KimyaÇanakkale Onsekiz Mart ÜniversitesiBiyomühendislik ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. UĞUR CENGİZ
- Stronsiyum kobaltitin sentezi sırasında oluşan termal bozunma adımlarının incelenmesi ve ürünlerin karakterizasyonu
Investigation of thermal decomposition steps occurred during synthesis of strontium cobaltite and characterization of products
CEMAL ASLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM YUSUFOĞLU
- Çelik ve alüminyum alaşımlı çekirdekli burkulması önlenmiş çaprazların (BÖÇ) tasarımı, üretimi ve yön değiştiren tekrarlı yükler etkisindeki davranışı
Design, fabrication, and cyclic behavior of steel and aluminum alloy core buckling restrained braces (BRBs)
ÇİGDEM KARATAŞ
Doktora
Türkçe
2012
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ CEM ÇELİK