Geri Dön

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

PDF İndir

  1. Tez No: 791521
  2. Yazar: ESRA BAĞ ÇELİK
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRULLAH GÖRKEM GÜNBAŞ, DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 198

Özet

Perovskit güneş hücreleri (PSC) güneş enerjisi sektöründe devrim yapma potansiyelleri açısından geniş bir çalışma alanına sahiptir. Ne yazık ki, yüksek performanslı, düşük maliyetli ve çevresel olarak kararlı organik boşluk taşıyıcı malzemelerinin (BTM'ler) sınırlandırıcı olması nedeniyle PSC'lerin ticarileştirilmesi zorlayıcı olmaktadır. Bu nedenle, yeni nesil HTM'lerin geliştirilmesi büyük bir ilgiyle beklenmektedir. Boşluk taşıyıcı malzeme (BTM), perovskit ışık emici katmandan elektrota pozitif yüklerin (boşluk) taşınmasından sorumlu olan, perovskit güneş hücrelerindeki kritik bileşenlerden biridir. Perovskit güneş hücrelerinde kullanılan geleneksel BTM'ler, genellikle kararsızlık sorunlarına neden olabilen ve güneş hücrelerinin verimliliğini azaltabilen katkı maddeleri içerir. Bu boşluk taşıyıcı katman (BTK) araştırmasının ana vurgusu, perovskit güneş hücrelerinin genel performansını artırmak için gelişmiş kararlılık ve mükemmel boşluk taşıma özellikleri sağlayabilen BTK'yi geliştirmek için hem boşluk taşıyıcı malzemeleri hem de katkı maddelerini geliştirmektir. Bu tez araştırması, yüksek performanslı PSC'lerin gerçekleştirilmesine yönelik olarak yeni ve uygun maliyetli organik BTM'ler, BTM için p-tipi katkı maddeleri ve perovskit pasivasyonu için amonyum tuzları sağlamayı amaçlamaktadır. Genel olarak, yeni organik katkı maddesi içermeyen BTM'lerin, geliştirilmiş kararlılığa sahip p-tipi katkı maddelerinin ve perovskit güneş pillerinin etkinliğini ve kararlılığını önemli ölçüde iyileştirmek için pasifleştirici tuzların yüksek potansiyeli, onları PSC'lerin ticarileştirilmesi için umut verici bir araştırma yolu haline getiriyor. Bu tez çalışmasının 3. bölümünde, bir dizi DPP bazlı polimer, perovskite güneş pillerinde BTM'ler olarak incelenmiştir. Bu polimerlerde aromatik grupların, konjuge kısımların ve alkil zincirlerinin güneş hücrelerinin performansı üzerindeki etkisi sistematik olarak araştırıldı. Optimizasyon çalışmaları sonucunda BTM 4B ile üretilen hücre %16 verimle literatürdeki katkısız polimer BTM'ler arasında iyi bir yere sahiptir. 4. bölümde, geleneksel n-i-p tipi PSC'ler için düşük maliyetli, katkı maddesi içermeyen TPA-bazlı bir küçük molekülün BTM olarak performansı ve hücre stabilitesi üzerindeki etkisi incelenmektedir. PT-TPA BTM'ye sahip PSC'ler, enkapsüle edilmemiş olarak hem kontrollü hem de ortam koşullarında test edilerek %17'lik bir PCE ve önemli ölçüde iyileştirilmiş bir operasyonel kararlılık sergiler. Optimize edilmiş BTK ile PT-TPA tabanlı hücreler, ortam koşullarında 70 gün boyunca veriminin %96'sını korudu. Bölüm 5'te, yeni bir katkı maddesi olan CFF'nin kullanılmasıyla, geleneksel katkılı HTM'lerle karşılaştırılabilir verimliliğe sahip, ancak katkısız BTM'ler kadar kararlı olan hücreler başarıyla geliştirildi. CFF katkılı hücrelerde maksimum verimlilik %17,77 olarak kaydedilirken, BTM'ler için CFF mükemmel doping performansı gösterdi ve 90 günlük ölçümlerden sonra etkinliğinin %87'sini korudu. 6. bölümde, perovskite üzerinde pasifleştirici bir katman olarak verimlilikte ve stabilitede artışla sonuçlanan üç yeni PMAI tuzu tanıtıldı. Bu tuzlardan biri olan TPMAI ile son derece kararlı (1250 saat sonra korunan %97,8 hücre verimliliği) ile %23,15 kadar yüksek bir PCE değeri elde edildi.

Özet (Çeviri)

Perovskite solar cells (PSCs) have been widely studied for their potential to revolutionize the solar energy industry. Unfortunately, the commercialization of PSCs remains challenging due to the limitation of high-performance, low-cost, and environmentally stable organic hole-transport materials (HTMs). For this reason, the development of a new generation HTMs is strongly anticipated. Hole transport material (HTM) is one of the critical components in perovskite solar cells, which is responsible for transporting positive charges (holes) from the perovskite light-absorbing layer to the electrode. Traditional HTMs used in perovskite solar cells often contain dopants that can cause instability issues and lower the efficiency of the solar cells. The main emphasis of this hole-transport layer (HTL) research is on developing both hole-transport materials and dopants to develop HTL that can provide improved stability and excellent hole-transport properties to enhance the overall performance of perovskite solar cells. The research in this thesis aims to provide novel and cost-effective organic HTMs, p-type dopants for HTM, and ammonium salts for perovskite passivation towards the realization of high-performance PSCs. Overall, the high potential of novel organic dopant-free HTMs, p-type dopants with enhanced stability and passivating salts for significantly improving the efficiency and stability of perovskite solar cells makes them a promising avenue of research towards paving the day for commercialization of PSCs. In this thesis work, in chapter 3, a series of DPP-based polymers were investigated as HTMs in perovskite solar cells. For these polymers, the influence of aromatic groups, conjugated parts and alkyl chains on the performance of solar cells was systematically investigated. After optimization studies, the cell fabricated with HTM 4B has an efficiency of 16% and is placed well among the dopant-free polymer HTMs in the literature. In chapter 4, a TPA-based small molecule is introduced as a low-cost, dopant-free HTM for conventional n-i-p type PSCs, and the effect on the performance and cell stability is examined. PSCs with PT-TPA HTM exhibit a champion PCE of 17% and a substantively improved operational stability for unencapsulated cells tested at both controlled and ambient conditions. With the optimized HTL, PT-TPA-based cells saved its 96% of efficiency for 70 days under ambient conditions. In Chapter 5, through the utilization of a novel dopant, CFF, cells with comparable efficiencies to conventional doped HTMs, however highly stable as the cell with undoped HTMs, were developed successfully. While the maximum PCE was recorded in cells doped with CFF at 17.77%, CFF demonstrated excellent doping performance for HTMs, retaining 87% of its efficiency after 90 days of measurements. In chapter 6, three novel PMAI salts were introduced, which resulted in an increase in efficiency and enhancement of stability as a passivating layer on perovskite. A PCE value as high as 23.15% with extreme stability (97.8% retained cell efficiency retained after 1250 hours) was achieved with one of these salts, TPMAI.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    809360

    A systematic research on rational design and synthesis of innovative materials for developing high-performance perovskite solar cells

    Yüksek performans perovskit güneş hücresi geliştirilmesi için yenilikçi malzemelerin mantıksal tasarımı ve sentezi üzerine sistematik bir araştırma

    ALİEKBER KARABAĞ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    EnerjiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fen Bilimleri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. EMRULLAH GÖRKEM GÜNBAŞ

    DOÇ. DR. SAFACAN KÖLEMEN

  2. Tez No

    66433

    Granüle alüminyumun kayaç boyutuna ve delme patlama maliyetine etkisi

    The Effect of the granüle aluminum on fragmentation and drilling blasting cost

    MEHMET ALİ SÖZEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1997

    Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TAYFUN EVERGEN

  3. Tez No

    648921

    Yüksek verimli ve ısıl dayanımlı perovskit güneş hücreleri için yeni ftalosiyanin türevi boşluk taşıyıcı malzemelerin geliştirilmesi

    Development of new phthalocyanine derivatives as hole transport material for high efficient and thermally stable perovskite solar cells

    ZEYNEP DALKILIÇ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AYFER KALKAN BURAT

  4. Tez No

    430910

    TL dozimetre sistemlerinin olasılıklı yöntemlerle modellenmesi

    Modelling of TL dosimetry systems by probabilistic methods

    ÖMER GÜNDÜZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Nükleer MühendislikHacettepe Üniversitesi

    Nükleer Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET TOMBAKOĞLU

  5. Tez No

    450496

    Design, synthesis, and characterization of n-type and ambipolar small molecules as air-stable and solution-processable semiconductors in ofets

    Ofet'ler için havada kararlı ve çözücüde işlenebilen n-tipi ve ambipolar küçük moleküllerin dizaynı, sentezi ve karakterizasyonu

    RESUL ÖZDEMİR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    KimyaAbdullah Gül Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HAKAN USTA

Geri Dön