Investigation of the doped TiO2 nanofibers as ETM layer in perovskite solar cells
Katkılanmış TiO2 nanofiberlerin perovskit güneş hücrelerinde ETM tabakası olarak incelenmesi
- Tez No: 856159
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜN YÜCEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Perovskit güneş pilleri (PSC'ler), soğurucu katmanın etkili fizikokimyasal özellikleri nedeniyle hızla etkileyici güneş pilleri haline gelmektedir. Bu katman ideal olarak kararlı bir delik taşıma malzemesi (HTM) katmanı ile iletken bir elektron taşıma malzemesi (ETM) katmanı arasına yerleştirilmelidir. Bu dış katmanlar, güneş pillerinin akım yoğunlukları ve hücre gerilimlerinde kritik bir rol oynamaktadır. Bu çalışmada, elektrospinning yoluyla ETM katmanları olarak Mg katkılı TiO2 nanofiberleri başarıyla ürettik. Üretilen nanofiberlerin çapları katkılanmamış fiberlerde maksimum 299 nm olarak hesaplanmş 500oC'de kalsinasyon sonrası bu değer 125 nm'ye kadar düşmüştür. Burada fiberlerin kapladığı alan tüm alanın %77'si kadarken katkılanmış fiberlerde elde edilen porozite %50-68 aralığındadır. Yapıda belirli bir aralıkta gözeneklilik elde edilmiştir. Bu çalışma, gözenekli ETM katmanları olarak Mg katkılı nanoliflerin morfolojik ve optik özelliklerini sistematik olarak araştırmaktadır. Kafes içindeki Mg elementinin varlığı XRD ve XPS ile doğrulanmıştır. XRD analizinde 500oC de kalsinasyon sonrasında TiO2'in anataz ve rutil fazlarının başarılı bir şekilde elde edildiği gözlemlenmiştir. Ayrıca SEM görüntüsünde elementel analiz yapılarak Mg varlığı gösterilmiştir. Bu optik karakterizasyonlar, Mg katkısının enerji bandı aralığını genişlettiğini ve iletim bandı minimum kenarını yukarı kaydırdığını göstermektedir. Katkılanmamış TiO2 için bant aralığı 3.20eV olarak hesaplanmış olup Mg katkılı TiO2 için bu değer 3.28eV'a çıkmıştır. Bununla da açık devre voltajını (Voc) ve kısa akım yoğunluğunu (Jsc) artırılabileceği düşünülmektedir. Yapılan fotolüminesans ölçümü ile Mg katkılı örnekler için elektron-delik rekombinasyon oranının düşürülmüş olduğu görülmüş ve Mg katkısı ile ayırma verimliliği artmıştır. Çalışmada ayrıca ETM katmanı alternatif bir yöntem olan ardışık sızma sentezi yöntemi ile üretilmiş ve fotoelektrokimyasal ölçümleri yapılarak akım elde edilmiştir. Sonuçlar, magnezyum katkılı nanofiberlerin ETM katmanı olarak kullanılmasının PSC'lerin verimliliğini artırabileceğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Perovskite solar cells (PSCs) are rapidly becoming impressive solar cells due to the effective physicochemical properties of the absorber layer. This layer should ideally be placed between a stable hole transport material (HTM) layer and a conductive electron transport material (ETM) layer. These outer layers play a critical role in the current densities and cell voltages of solar cells. In this work, we successfully fabricated Mg-doped TiO2 nanofibers as ETM layers via electrospinning. The diameter of the produced nanofibers was calculated as a maximum of 299 nm in undoped fibers, and after calcination at 500oC, this value decreased to 125 nm. Here, the area covered by the fibers is 77% of the entire area, while the porosity obtained in doped fibers is in the range of 50-68%. A certain range of porosity was achieved in the structure. This work systematically investigates the morphological and optical properties of Mg-doped nanofibers as porous ETM layers. The presence of the Mg element in the cage was confirmed by XRD and XPS. In XRD analysis, it was observed that anatase and rutile phases of TiO2 were successfully obtained after calcination at 500oC. Additionally, the presence of Mg was demonstrated by elemental analysis in the SEM image. These optical characterizations show that Mg doping widens the energy band gap and shifts the conduction band minimum edge up. The band gap for undoped TiO2 was calculated as 3.20eV, and this value increased to 3.28eV for Mg-doped TiO2. With this, it is thought that the open circuit voltage (Voc) and short current density (Jsc) can be increased. With the photoluminescence measurement, it was seen that the electron-hole recombination rate was reduced for Mg-doped samples and the separation efficiency increased with Mg doping. In the study, the ETM layer was also produced by the sequential percolation synthesis method, which is an alternative method, and the current was obtained by photoelectrochemical measurements. The results showed that using magnesium-doped nanofibers as ETM layer could improve the efficiency of PSCs.
Benzer Tezler
- 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
2024
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN
- Sol-jel yöntemiyle hazırlanan metal ftalosiyanin katkılı TiO2 filmlerin optik ve yapısal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of optical and structural properties of metal phthalocyanine doped TiO2 films prepared by sol-gel method
HASAN SARIGÜL
Doktora
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiHatay Mustafa Kemal ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İDRİS SORAR
- Görünür ışık duyarlı yeni metal-katkılı TiO2 fotokatalizörlerinin tasarımı ve elektronik yapılarının kuantum mekaniksel yöntemlerle incelenmesi
Design and investigation of electronic structures of visible light sensitive new metal-added TiO2 photocatalizers by quantum mechanical methods
SERAP KIRCI
Doktora
Türkçe
2022
KimyaYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ARZU HATİPOĞLU
DOÇ. DR. EMİNE ESRA KASAPBAŞI
- Peynir altı atık suyunun fotokatalitik yöntemlerle arıtılabilirliğinin araştırılması
Investigation of treatability of cheese whey wastewater by photocatalytic methods
HAVVA MELDA MOĞOL
Doktora
Türkçe
2021
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT AKGÜN
- Metal doplanmış TiO2 sentezi ve fotokatalitik aktivitesinin incelenmesi
Synthesis of metal doped TiO2 and investigation of it's photocatalytic activity
NUMAN BODUROĞLU