Geri Dön

Boosting stability and efficiency in perovskite solar cells by utilization of passivators and organic charge carriers

Passivatorlar ve organik yük taşıyıcıların kullanımıyla perovskit güneş hücrelerinde stabilite ve verimliliğin artırılması

PDF İndir

  1. Tez No: 915342
  2. Yazar: ZEYNEP GÖZÜKARA KARABAĞ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. EMRULLAH GÖRKEM GÜNBAŞ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 197

Özet

Kurşun bazlı perovskit malzemeler, yüksek absorpsiyon katsayısı, taşıyıcı hareketliliği ve ayarlanabilir bant aralığı gibi olağanüstü özellikleri nedeniyle fotovoltaikler için umut verici bir seçenektir. Ancak, perovskit güneş hücrelerinin (PGH'lerinin) kararlılığını artırmak önemli bir zorluktur. Bu zorluğa yönelik etkili stratejilerden biri, ağırlıklı olarak feniletilamonyum (PEA+) tuzlarına dayalı 2D perovskitlerin kullanıldığı yüzey pasivasyonudur. Bu tezde gerçekleştirilen sistematik çalışmalar, m-BrPEAI gibi halojenlenmiş PEA+ tuzlarının yüksek verimlilikler (%23,42) sağladığını, ancak m-ClPEAI ile işlem görmüş hücrelerin üstün kararlılık ve yeniden üretilebilirlik sunduğunu ortaya koymuştur. Özellikle metoksile edilmiş PEA+ tuzları, o-OMe-PEAI gibi, kusur yoğunluğunu ve ışıma olmayan rekombinasyon oranlarını azaltarak %23'ün üzerinde güç dönüşüm verimliliklerine (PCE) ulaşılmasını sağlamaktadır. Yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) bu iyileştirmelerin, uygun oluşum enerjilerinden ve optimal moleküler yönelimlerden kaynaklandığını öne sürmektedir. Ayrıca, DFH tabanlı NiOx pasivasyon molekülleri ve fullerene alternatif termal olarak buharlaştırılabilir NDI türevlerinin tasarımı ve sentezi gerçekleştirilmiş ve tersinir PGH'lerindeki ön performansları gösterilmiştir. Polimerik pasivasyon katmanları, PGH'lerinin performansını artırma potansiyeline sahiptir. Diketopirolopirol (DPP) bazlı polimerlerin, sezyum formamidinyum metilamonyum (CsFAMA) bazlı perovskitlere entegrasyonu, kristalizasyon, kusur yönetimi ve termal kararlılığı iyileştirmektedir. Bu çalışmada, polimerik katkı malzemesi 1 (poly-ADD1) polimerini içeren PGH'leri, modifiye edilmemiş hücrelere kıyasla %21 oranında daha yüksek verimlilik sağlamıştır. Bu hücreler, ortam koşullarında 85°C'de 1600 saat depolama sonrası verimliliklerinin %67'sini korurken, referans hücrenin başlangıç veriminin %29'unu koruduğu gözlenmiştir. Bu araştırma, yenilikçi pasivasyon tekniklerinin geliştirilmesine ilişkin kritik bilgiler sunmaktadır. PGH'lerinin kararlılık sorunlarına çözümler sunarak ticari uygulamaları için önemli bir adım atmaktadır

Özet (Çeviri)

Lead-based perovskite materials are promising in photovoltaics due to exceptional properties such as high absorption coefficients, carrier mobility, and tunable bandgap. However, enhancing the stability of perovskite solar cells (PSCs) is a critical challenge. One effective strategy is surface passivation, mainly using 2D perovskites based on phenylethylammonium (PEA+) salts. Systematic studies conducted in this thesis revealed that halogenated PEA+ salts, like meta-bromo phenylethylammonium iodide (m-BrPEAI), yield high efficiencies (23.42 %). In contrast, meta-chloro phenylethylammonium iodide (m-ClPEAI)-treated cells provide superior stability and reproducibility. Methoxylated PEA+ salts, particularly ortho-methoxy phenylethylammonium iodide (o-OMe-PEAI), reduce defect densities and nonradiative recombination rates, leading to power conversion efficiencies (PCEs) over 23%. Density functional theory (DFT) suggests these improvements result from favorable formation energies and optimal molecular orientations. Furthermore, the design and synthesis of thermally evaporable fluorene-based (DFH) NiOx passivation molecules and naphthalene diimide (NDI) derivatives as fullerene alternatives were realized. Their preliminary performance was demonstrated in inverted PSCs. Polymeric passivation layers have great potential to enhance the performance of PSCs. Diketopyrrolopyrrole (DPP)-based polymers integrated into cesium formamidinium methylammonium (CsFAMA)-based perovskites improve crystallization, defect management, ambient and thermal stability. In this work, PSCs utilizing novel polymeric additive 1 (poly-ADD1) achieve efficiencies of nearly 21%, significantly surpassing those of unmodified cells. It retains 67% of its efficiency after 1600 hours of storage at 85°C in an ambient environment compared to reference devices, retaining 29% of its initial PCE. This research provides critical insights into the development of innovative passivation techniques. It offers solutions to the stability challenges of PSCs and extends their longevity within the industry.

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

    809077

    Effects of encapsulation on perovskite thin films and solar cells

    Enkapsülasyonun perovskit ince filmleri ve güneş hücreleri üzerindeki etkileri

    ECE SENEM KONDAKCI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. RAŞİT TURAN

  3. Tez No

    948050

    Güç transformatörleri sfra tarama frekans cevabı analizi sonuçlarının yapay zeka uygulamaları ile karşılaştırılması

    Comparison of power transformer sfra sweep frequency response analysis results with artificial intelligence applications

    HAKAN ÇUHADAROĞLU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YILMAZ UYAROĞLU

  4. Tez No

    901106

    Maximizing performance in tunnel oxide passivated contact solar cells: Unveiling stability and boosting efficiency through local p+ poly-Si formation

    Tünel oksit pasifleştirilmiş temaslı güneş hücrelerinde performansı maksimize etme: Kararlılığı ortaya çıkarma ve lokal p+ poli-Si oluşumuyla verimliliği artırma

    BERKAY UYGUN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. RAŞİT TURAN

    DR. HİSHAM NASSER

  5. Tez No

    940792

    Improvıng the predıctıon of oıl and gas productıon usıng artıfıcıal ıntellıgence algorıthms

    Yapay zeka algoritmalarını kullanarak petrol ve gaz üretim tahminlerinin iyileştirilmesi

    AZHAR NAJI MUHAJIR ALYAHYA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    EnerjiSakarya Üniversitesi

    Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜLÜZAR ÇİT

Geri Dön