Geri Dön

Development of dopant-free hole transport and passivation materials for high-performance perovskite solar cells

Yüksek performanslı perovskit güneş hücreleri için dopant gerektirmeyen boşluk geçirgen ve pasivasyon malzemelerinin geliştirilmesi

  1. Tez No: 801673
  2. Yazar: FİGEN VARLIOĞLU YAYLALI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. EMRULLAH GÖRKEM GÜNBAŞ, PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
  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: 361

Özet

10 yıldan daha kısa bir sürede Perovskit Güneş Hücrelerinin verimliliğinin hızlı bir şekilde arttırılması ve belli bir değerin üzerine çıkarılması, üretilen cihazların uzun süreli kararlılığının korunabilmesi konusunu öncelikli amaçlardan biri haline getirmiştir. Kararlılık problemlerini çözmek için, katkı maddesi içermeyen farklı tipte taşıyıcı malzemelerinin tasarlanması ve perovskit tabakasının güçlü bir şekilde pasivasyonunun sağlanması, literatürde sıklıkla kullanılmaktadır. Çalışmanın ilk kısmında, Tetrafenil silikon (BTM 1 ve BTM 2), pirazin (BTM 4), EDOT (BTM 5) ve ProTOT (BTM 6) tabanlı küçük boşluk taşıyıcı malzemeler sentezlenmiştir. Moleküller, cam/ITO/SnO2/Perovskit/MoOx/Au mimarisinde dopant içermeyen BTM ler olarak kaplanmıştır. Üretilen hücreler içerisinde en yüksek güç dönüşüm verimliliği %16.9 ile BTM 4 içerenlerden elde edilmiştir. Üretilen bu hücrenin, 70 gün boyunca (karanlık, oda sıcaklığı ve %15 nem oranına sahip ortamda) ilk ölçülen verimliliğinin %96 sını koruduğu tespit edilmiştir. Çalışmanın ikinci kısmında, farklı aromatik üniteler ve alkil zincirleri içeren 13 DPP tabanlı polimer Stille kenetlenme reaksiyonu ile sentezlenmiştir. Bu polimerler cam/ITO/SnO2/Perovskit/BTM/Au mimarisinde kaplanan hücrelerde BTM olarak kullanılmıştır. Yapılan ölçümlerde en iyi güç dönüşüm verimliliğinin %15.6 ile BTM 12 içeren hücrelerden elde edildiği görülmüştür. Hücrelerin 4 ay boyunca başlangıçtaki verimliliklerinin %68 ini koruduğu belirlenmiştir. Üçüncü kısım olarak, 6 farklı X-OMe-PEAI tuzları, 3 adımlık yüksek verime sahip bir yöntem ile sentezlenmiştir ve yüzey pasivasyonu için kullanılmıştır. İlk set, cam/FTO/c-TiO2/m-TiO2/SnO2/Perovskit/X-OMe-PEAI/Spiro-OMeTAD/Au mimarisine sahip hücrelerinde perovskit katmanının üzerine kaplanmıştır. En iyi yüksek verimlilik değeri %23.3 ile o-OMe-PEAI içeren hücrelerden elde edilmiştir ve hücrelerin 900 saat boyunca devamlı aydınlatma altında bu değerin %95 ini koruduğu belirlenmiştir. İkinci set olarak, 2,6-OMe-PEAI ve 3,5-OMe-PEAI tuzlarını içeren cam/FTO/SnO2/Perovskit/X-OMe-PEAI/Spiro-OMeTAD/Ag yapıları geliştirilmiştir. En iyi güç dönüşüm verimliliği, 2,6-OMe-PEAI tuzunu içeren hücrelerden %19.2 olarak elde edilmiştir ve hücrelerin 6 haftanın sonunda (oda sıcaklığı, %15 nem) bu değerin %93 ünü koruduğu gözlemlenmiştir.

Özet (Çeviri)

With the rapid increase in interest and remarkable performances achieved by Perovskite Solar Cells (PSCs) in less than 15 years, the primary goal of the researchers has become solving the main critical issue of PSC, long-term stability. To remedy the stability problems, designing different dopant-free transport materials and achieving strong passivation of the perovskite layer have been strongly sought after in the literature. In the first part of the thesis, tetraphenyl silane (HTM 1 and HTM 2), pyrazine (HTM 4), EDOT (HTM 5) and ProTOT (HTM 6) based small molecule hole transport materials were synthesized. These materials were used as dopant-free HTLs in cells with n-i-p architecture (glass/ITO/SnO2/Perovskite/HTM/MoOx/Au). Among them, the best PCE of 16.9% was obtained from dopant-free HTM 4 based-devices. The long-term stability test results showed that devices kept 96% of their initial efficiency for 70 days (room temperature, 15% relative humidity). In the second part, 13 different DPP-based polymers, flanked by different aromatic substituents with varied alkyl chains, were synthesized and their performance in n-i-p devices in glass/ITO/SnO2/Perovskite/HTM/Au architecture was evaluated. Among synthesized polymers, the best PCE of 15.6% was achieved by HTM 12 utilized PSCs. Cells retained 68% of their initial efficiency after four months (room temperature, 15% relative humidity). In the third part of the thesis, six different phenylethyl ammonium-based salts were designed and synthesized via three steps cost-effective methodology with high efficiencies. Three of these salts were then utilized for effective passivation of the perovskite layer with glass/FTO/c-TiO2/m-TiO2/SnO2/Perovskite/X-OMe-PEAI/Spiro-OMeTAD/Au device structure. Among the salts evaluated the best PCE value was found as 23.3% which retained its initial efficiency of 95% for 900 hours under continuous illumination. The performances of the remaining salts were investigated with glass/FTO/SnO2/Perovskite/X-OMe-PEAI/Spiro-OMeTAD/Ag device structure. The best PCE was found as 19.2% which retained 93% of its initial efficiency after six weeks (room temperature, 15% relative humidity).

Benzer Tezler

  1. Tez No

    791521

    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

    ESRA BAĞ ÇELİK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRULLAH GÖRKEM GÜNBAŞ

    DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ

  2. 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

  3. Tez No

    541583

    Development of hole transport transparent conductive electrodes for n-type crystalline silicon solar cells

    N-tipi kristal silisyum güneş gözeleri için deşik seçici iletken saydam elektrot üretilmesi

    OZAN AKDEMİR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALPAN BEK

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHSİNE BİLGE İMER

  4. Tez No

    888494

    Development and characterization of ceramic nanofiber membranes for dye removal from textile wastewater

    Tekstil atıksularından boya giderimi için seramik nanofiber membranların geliştirilmesi ve karakterizasyonu

    NURAY YERLİ SOYLU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN

  5. Tez No

    897909

    Development of titanium oxide thin film as electron selective passivating contact in N-type silicon solar cells

    N-tipi silikon güneş hücrelerinde elektron seçici pasivasyon temasında titanyum oksit ince filmin geliştirilmesi

    NASER BEYRAGHI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ

    PROF. DR. RAŞİT TURAN

Geri Dön