Fabrication and characterization of ZnO nanoparticle/nanorod based photovoltaic cells and gas sensors and a software application for automated data acquisition
ZnO nanoparçacık/nanoçubuk tabanlı fotovoltaik hücreler ve gaz sensörlerinin üretimi, karakterizasyonu ve otomatik veri toplama yöntemine yönelik bir yazılım uygulaması
- Tez No: 811594
- Danışmanlar: PROF. DR. FATİH DUMLUDAĞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 107
Özet
Olumsuz ekolojik etkiler nedeniyle, sınırlı geleneksel enerji kaynakları önemini kaybetmektedir. Bu nedenle, güneş enerjisi gibi çevre dostu enerji kaynakları gün geçtikçe önem kazanmaktadır. Ayrıca, VOC gazları gibi havayı kirletici ve insan hayatını etkileyen gazların algılanması araştırmacıların odaklandığı konulardan biridir. Bu çalışmada, ZnO'nun amorf, nanokristal ve nanorod formları sol-jel yöntemi kullanılarak sentezlendi ve XRD, SEM ve AFM analizleri ile yapısal karakterizasyonları yapıldı. Gaz sensörü ve fotovoltaik uygulamalar için ZnO'nun amorf, nanokristal ve nanoçubuk formları incelendi. ZnO yapılarının cam altlıklar üzerinde üretilen ince filmlerinin kloroform, etanol ve izopropil alkol buharlarına cevabı gaz konsantrasyonuna bağlı 22 - 200 °C sıcaklıklar arasında azot gazı (N2) ortamında incelendi. Gaz akış hızları, akış kontrolörü ve akış ölçerler kullanılarak kontrol edildi. Gaz sensörü ölçümlerinde, sensörlerin test edilen gazlara karşı cevap süresi ve duyarlık değerleri hesaplandı. Hibrit fotovoltaik hücrelerde temel yapı olarak ITO/ZnO/P3HT/Al ve ITO/ZnO/C60/P3HT/Al yapısı kullanıldı. Fotovoltaik ölçümler, oda sıcaklığında atmosfer ortamında gerçekleştirildi. Fotovoltaik ölçümlerde, açık devre gerilimi, kısa devre akımı ve doluluk faktörü gibi temel fotovoltaik parametreler, atmosfer ortamında karanlık ve aydınlık ortamda ölçülen akım-gerilim (I-V) karakteristiklerinden hesaplandı. Sensör cevaplarının tersinir olduğu ve test edilen gazları algıladığı belirlenmiştir. Amorf ZnO bazlı sensörler zayıf tersinirlik gönderdi. Nanokristal ve nanorod ZnO bazlı sensörler için genelde küçük tepki süresi değerleri 100°C'de elde edildi. Nanorod tabanlı ZnO sensörlerinde, nanokristal tabanlı ZnO sensörlerinden daha küçük tepki süresi değerleri elde edildi. Nanokristal tabanlı sensörlerde 100°C ve nanorod tabanlı sensörlerde 150°C'de daha iyi duyarlık değerleri bulundu. Nanorod tabanlı sensörlerin, incelenmekte olan diğer sensörlerden daha iyi duyarlık değerlerine sahip olduğu bulundu. Fotovoltaik ölçümlerden, açık devre gerilimleri ve FF değerleri 0.3-0.5V ile 0.35-0.52 arasında değişmiştir. Ayrıca kişisel bilgisayar kullanılarak ölçüm cihazlarından veri almak için iki adet Labview tabanlı yazılım (akım gerilim (I-V), akım zaman (I-t)) yazılmıştır. Yazılan Labview tabanlı yazılımlar başarıyla çalıştırıldı
Özet (Çeviri)
Due to adverse ecological effects, limited traditional sources of energy lose their importance. Therefore ecological friendly energy sources such as solar energy gains importance day by day. Additionally, sensing of the air pollutant and affecting the human life gases such as VOC gases is one of the focused issues for the researchers. In this study, amorphous, nanocrystal and nanorod forms of ZnO were synthesized by using sol-gel method and structural characterizations were performed by XRD, SEM and AFM analyses. Amorphous, nanocrystal and nanorod forms of ZnO were investigated for gas sensor and photovoltaic applications. Response of the fabricated thin films of the ZnO structures on glass substrates towards chloroform, ethanol, and isopropyl alcohol vapors were investigated between the temperatures of 22 - 200 oC in nitrogen gas (N2) ambient. Gas flow rates were controlled by using flow controller and flow meters. Response time and sensitivity values of the sensors towards the gases tested were calculated. Structure of the hybride photovoltaic cells were ITO/ZnO/P3HT/Al and ITO/ZnO/C60/P3HT/Al. Photovoltaic measurements were performed at room temperature in air. The essential photovoltaic parameters such as the open circuit voltage, short circuit current and fill factor of the fabricated structures were also calculated from current-voltage (I-V) characteristics measured in the dark and light ambient in air. Additionally, two Labview based softwares (current-voltage (I-V), current-time (I-t)) were written and developed in order to take the data from the measurement devices by using the personal computer. Response of the sensors were found reversible and sensitive towards the gases tested. Amorph ZnO based sensors were showed poor reversibility. Small response time values were obtained, in general, at 100°C for nanocrystal and nanorod ZnO based sensors. Nanorod based ZnO sensors showed smaller response time values than nanocrystal based ZnO sensors. Better sensitivity values of nanocrystal based sensors were obtained at 100°C and for nanorod based sensors 150°C. Nanorod based sensors showed better sensitivity values than that of the other sensors under investigation. From photovoltaic measurements Open circuit voltages and FF values varied between 0.3-0.5V and 0.35-0.52. Written and developed Labview based softwares were run successfully.
Benzer Tezler
- Fabrication and characterization of dye-sensitized solar cells based on hybrid photoanodes consisting of Zr-doped ZnO nanorods and TiO2 nanoparticles
Zr katkılı ZnO nanoçubuklar ve TiO2 nanopartiküllerden oluşan hibrit fotoanotlara dayalı boya duyarlı güneş pillerinin üretilmesi ve karakterizasyonu
ZİKREDDİN KEREM YILDIZ
Doktora
İngilizce
2022
EnerjiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞERAFETTİN EREL
- ZnO nanohetero yapılı malzemelerin üretimi, karakterizasyonu ve uygulama alanlarının incelenmesi
Fabrication and characterization of ZnO nanohetero structured materials and investigation of application areas
SADULLAH ÖZTÜRK
Doktora
Türkçe
2014
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAFER ZİYA ÖZTÜRK
- Biyopolimer/salisilik asit/alg/ZnO nanotanecik katkılı çok fonksiyonlu nanolif malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of biopolymer/salicylic acid/algae/ZnO nanoparticle multi functional nanofiber materials
FATMA ÇAĞLA ERKOÇ TÜREYEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN
- Çinko nanotanecik içeren polimer nanokompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of polymer nanocomposite materials incorporated zno nanoparticles
ALEV AKBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SADRİYE KÜÇÜKBAYRAK OSKAY
- Fabrication of CdS quantum dots and nanostructure ZnO based photodetectors
CdS kuantum noktaları ve nanoyapılı ZnO esaslı foto dedektörlerin üretilmesi
BESTOON ANWER HAMAD AMEEN HAMAD AMEEN
Doktora
İngilizce
2018
BiyomühendislikKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiBiyomühendislik ve Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULKADİR YILDIZ
PROF. DR. FAHRETTİN YAKUPHANOĞLU