Boya duyarlı güneş hücreleri için hidrotermal yöntem ile üretilen ZnO ve AZO nanoyapılı filmlerin elektrokimyasal ve korozyon özellikleri
Electrochemical and corrosion properties of ZnO and AZO nanostructured films produced by hydrothermal method for dye-sensitized solar cells
- Tez No: 885939
- Danışmanlar: PROF. DR. FERHUNDE ATAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Eskişehir Osmangazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yüksek Enerji ve Plazma Fiziği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 147
Özet
Boya duyarlı güneş hücreleri düşük maliyetli üçüncü nesil güneş hücreleri grubuna ait ince film temelli aygıtlardır. Bu aygıtlarda fotoanot malzemesi boyayı destekleme, foton soğurma ve elektron taşınımı süreçlerinde özel bir öneme sahiptir. Birçok teknolojik uygulamada yaygın kullanım potansiyeli olan ZnO nanoçubuk dizileri fotoanot olarak dikkat çekici malzemelerdir. Ancak ZnO temelli boya duyarlı güneş hücrelerinin performanslarını artırmak için ZnO nanoçubuk dizilerinin kontrollü olarak büyütülmesi ve özelliklerinin iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasında amacımız hidrotermal öncül çözeltilerin hazırlanmasında hekzametilentetramin ve hekzametilentetramin-hekzametilendiamin ligant karışımı kullanarak özgün katkısız ve sabit oranda Al katkılı ZnO nanoçubuk dizilerini kontrollü nanoyapı üretme imkânı sağlayan hidrotermal yöntem ile büyütmek ve fotoanot olarak kullanım potansiyellerini araştırmaktır. Tez kapsamında katkısız ve Al-katkılı ZnO nanoçubuk dizilerinin üretimi iki aşamalı bir süreçle gerçekleştirilmiştir. Öncelikle FTO alttaşlar üzerine aynı üretim parametrelerinde sol-jel döndürerek kaplama tekniği ile ZnO tohum tabakaları üretilmiş ve ardından üzerlerine hidrotermal yöntem ile nanoyapılı filmler büyütülmüştür. Ayrıca, katkısız ve Al-katkılı ZnO nanoçubuk dizilerinin özellikleri literatürden farklı olarak hekzametilentetramin-hekzametilendiamin ligant karışımı kullanılarak da modifiye edilmiştir. Tüm nanoyapılı filmlerin fotoanot olarak kullanım potansiyellerini araştırmak için standart analizleri (XRD, UV/Vis Spektrofotometri, AFM, FESEM-EDS) yapılmış ve N719 boya yüklenme kapasiteleri, korozyon dirençleri, yük transfer kinetikleri ve difüzyon mekanizmaları ileri analiz teknikleri (Elektrokimyasal empedans spektroskopisi, korozyon ve boya yükleme testleri) kullanılarak incelenmiştir. Tüm analizler değerlendirilerek, hidrotermal öncül çözeltilerin hazırlanmasında kullanılan ligantların ve Al katkı elementinin, aynı özelliklere sahip ZnO tohum tabakaları üzerine büyütülen ZnO nanoçubuk dizilerinin yapısal, optik, yüzey ve elektrokimyasal özellikleri yanında korozyon direnci ve boya yükleme kapasiteri üzerinde güçlü bir etki yarattığı saptanmıştır. Ayrıca katkısız ZnO nanoyapılı filmlerin fotoanot olarak kullanım potansiyellerini sınırlayan faktörlerin, sabit oranda Al elementi katkılanarak ve/veya hekzametilentetramin-hekzametilendiamin ligant karışımı kullanılarak minimize edilebileceği sonucuna varılmıştır.aktır
Özet (Çeviri)
Dye-sensitized solar cells are thin-film-based devices belonging to the low-cost third-generation solar cells group. In these devices, the photoanode material has special importance in the processes of dye support, photon absorption and electron transport. ZnO nanorod arrays, which have the potential for widespread use in many technological applications, are remarkable materials as photoanodes. However, to increase the performance of ZnO-based dye-sensitized solar cells, controlled growth of ZnO nanorod arrays and improvement of their properties are required. Our aim in this thesis is to grow unique undoped and constant Al-doped ZnO nanorod arrays with a hydrothermal method, which allows controlled nanostructure production, by using hexamethylenetetramine and hexamethylenetetramine-hexamethylenediamine ligand mixture in the preparation of hydrothermal precursor solutions, and to investigate their potential usage as photoanodes. Within the scope of the thesis, the production of undoped and Al-doped ZnO nanorod arrays was carried out in a two-stage process. First of all, ZnO seed layers were produced on FTO substrates with the sol-gel spin coating technique under the same production parameters, and then nanostructured films were grown on them with the hydrothermal method. Additionally, the properties of undoped and Al-doped ZnO nanorod arrays were modified using hekzametilentetramin-hekzametilendiamin ligand mixture, unlike the literature. To investigate the potential usage of all nanostructured films as photoanode, standard analyzes (XRD, UV/Vis Spectrophotometry, AFM, FESEM-EDS) were performed and N719 dye loading capacities, corrosion resistance, charge transfer kinetics and diffusion mechanisms were analyzed by using advanced analysis techniques (Electrochemical impedance spectroscopy, corrosion and dye loading tests). By evaluating all analyses, it was determined that the ligands and Al incorporation element used in the preparation of hydrothermal precursor solutions had a strong effect on the structural, optical, surface and electrochemical properties, as well as corrosion resistance and dye loading capacities of ZnO nanorod arrays grown on ZnO seed layers with the same properties. Besides, it was concluded that the factors that limit the potential of undoped ZnO nanostructured films as photoanode can be minimized by doping Al element at a constant rate and/or using hexamethylenetetramine-hexamethylenediamine ligand mixture.caktır
Benzer Tezler
- Synthesis of TiO2 nanorods by hydrothermal method and their opto-electronic device applications
TiO2 nanoçubukların hidrotermal yöntemiyle sentezi ve opto-elektronik aygıt uygulamaları
ÖZGE GÜLLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN KARAAĞAÇ
- Farklı uygulama alanları için nano boyutta bor esaslı malzemelerin sentez ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of boron based nano-sized materials for different application areas
CANSU NOBERİ
Doktora
Türkçe
2017
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ KAYA
- Fabrication and electrical characterization of sonochemically grown nanostructured ZnO dye sensitized solar cells
Sonokimyasal metodla büyütülmüş ZnO nano yapılı boya duyarlı güneş pillerinin fabrikasyonu ve elektriksel karakterizasyonu
TELAT GÜLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Bilim ve TeknolojiGediz ÜniversitesiNanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YAVUZ BAYAM
- Nanomateryaller kullanımıyla organik güneş hücrelerinin üretimi, karakterizasyonları ve güneş enerjisi santrallerinin kurulumu
Fabrication of organic solar cells using nanomaterials, their characterizations and installation of solar energy plants
MESUT EKMEKÇİ
- Boya duyarlı güneş hücreleri için tasarlanmış yeni benzimidazol türü boyaların sentezi ve optiksel incelenmesi
The synthesis and optical investigation of novel benzimidazole type dyes designing for dye sensitized solar cells (DSSCs)
GÖZDE MURAT