Synthesis and application of phthalocyanine derivatives as interfacial modifiers for boosting efficiency in perovskite solar cells
Perovskıt güneş pı̇llerı̇nde verı̇mlı̇lı̇ğı̇ artırmak ı̇çı̇n arayüzey düzenleyı̇cı̇ olarak ftalosı̇yanı̇n türevlerı̇nı̇n sentezı̇ ve uygulaması
- Tez No: 916676
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EMRE GÜZEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 80
Özet
Artan insan nüfusu ile dünyanın enerji ihtiyacı giderek artmaktadır. Fosil yakıtlardan elde edilen enerji sınırlıdır ve iklim üzerinde zararlı etkileri vardır. Bu enerji ihtiyacını karşılamak için uygun fiyatlı ve çevre dostu çözümler geliştirmek önemlidir. Güneş enerjisi; yenilenebilir ve çevre dostu enerji kaynağı olması ile küresel enerji talebini karşılama noktasında önemli bir kaynak haline gelmiştir. Birinci nesil güneş pili teknolojisinin temelini kristal silikon hücre tipi oluşturur. Bu hücre türü, yüksek verimliliğe sahip olmasına rağmen, düşük esneklik ve yüksek üretim maliyetlerinden dolayı dezavantajlıdır. Bu dezavantajlı duruma alternatif olarak araştırmacılar, esnek ve hafif cihazlar ile yüksek hücre verimliliği, düşük maliyet ve geniş kullanım alanına sahip olmaları gibi üstün özellikleri ile Perovskit güneş hücrelerine (PSC) yönelmişlerdir. PSC'lerde en önemli bileşen, yük transferini sağlayan boşluk iletim katmanıdır (HTL). Güneş pili içerisinde tasarlanan iyi bir HTL ile, enerji kaybı ve elektron rekombinasyonu önemli ölçüde azaltılarak güç dönüşüm verimliliği (PCE) artırabilir. Ancak Perovskit güneş pillerinde HTL olarak kullanılan Spiro-OMETAD düşük iletkenliğe ve kararlılığa sahiptir. Bu yüzden iletim tabakasının modifikasyonu hücrenin yüksek PCE ve kararlılık değerlerine sahip olması için önemlidir. Son yıllarda, ftalosiyanin gibi sentetik malzemeler kullanılarak, PSC'nin hücre verimliliği üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada, yeni sentezlenen ftalosiyaninlerin, PSC'lerde HTL modifikasyon katmanı olarak kullanımı incelenmiştir. Bu hedefe yönelik yaklaşım, delik hareketliliğinin verimliliğini artırarak PSC teknolojisindeki yaygın bir sorunu çözmüştür. Sonuç olarak, H2Pc ile %24,20, ZnPc ile %23,26, NiPc ile 23.77% ve CuPc ile %22,59 güç dönüşüm verimleri elde edilmiştir. Bu bulgular, ileri malzeme mühendisliğinin ve HTL optimizasyonunun perovskit güneş hücrelerinin performans sınırlarını zorlamadaki kritik rolünü ve bu hücrelerin güneş enerjisi uygulamalarında tam potansiyellerini ortaya çıkarmadaki önemini vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
World energy needs are gradually increasing with the growing human population. Energy from fossil fuels is limited and has harmful effects on the climate. To meet the growing global demand for energy, it is essential to develop affordable, environmentally friendly solutions. Solar energy has risen as a foundation in the transition to sustainable energy, offering a renewable and environmentally friendly solution to meet global power demands. The crystalline silicon wafer is the foundation of first-generation solar cell technology. Despite their effectiveness, conventional silicon-based solar cells are constrained by their stiffness and high production costs. As an alternative, researchers have moved to perovskite solar cells (PSCs) because of their high-efficiency potential, affordability, and versatility for various uses, including lightweight and flexible devices. A key component in the PSCs is the Hole Transporting Layer (HTL), which is needed in charge extraction and movement inside the solar cell. A well-designed HTL can improve total power conversion efficiency (PCE) by drastically lowering energy loss and charge recombination. In recent years, studies have been conducted on the cell efficiency of PSCs using synthetic materials such as phthalocyanine (Pc). By optimizing interfacial properties and improving charge transport means, Pcs can contribute to the development of more efficient and durable PSC designs. This study investigated the use of newly synthesized Pcs as HTL modification layers in PSCs. This targeted approach offered a solution to a common problem in PSC technology by improving the efficiency of hole mobility. As a result, we achieved PCE of 24.20% with H2Pc, 23.26% with ZnPc, 23.77% with NiPc and 22.59% with CuPc. The results show Pc molecules as powerful surface modifiers for enhancing the performance of PSCs. The detailed insights gained from PL and TRPL studies illuminate the intricate relationship between surface chemistry, carrier behaviors, and overall device efficiency. These findings highlight the critical role of advanced materials engineering and HTL optimization in pushing the performance boundaries of perovskite solar cells and unlocking their full potential in solar energy applications.
Benzer Tezler
- Ftalosiyanin tabanlı malzemeler ile boya duyarlı güneş hücresi üretim ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of dye sensitized solar cells based on phthalociyanine
YUNUS YAVUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAVAŞ BERBER
- Alkil zincirleri ile sübstitüe asimetrik ftalosiyanin sentezi
Synthesis of alkyl chain substituded unsymmetrical phthalocyanines
NİLGÜN ÖZGÜR
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESİN HAMURYUDAN
- Hekzadeka sübstitüe ftalosiyaninlerin X-ışını kristallografisi ve NMR spektroskopisi ile yapısal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the structural properties of hexadeca-substituted phthalocyanines by X-ray crystallography and NMR spectroscopy
ARMAĞAN ATSAY
- Fotodinamik terapide fotoduyarlaştırıcı olarak kullanılabilecek yeni ftalosiyanin türevlerinin hazırlanması ve uygulama çalışmaları
Preparation and application studies of new phthalocyanine derivates that can be used as photosensitizers in photodynamic therapy
PERİHAN KÜBRA DEMİRCİOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
BiyolojiTarsus ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MİNE İNCE OCAKOĞLU
- İzotiyosiyanat grubu içeren asimetrik ftalosiyanin sentezi
Synthesis of asymmetric phthalocyanine containingisothiocyanate group
ECE ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESİN HAMURYUDAN