İyonik sıvı katkılı 3D/2D hibrit perovskite güneş hücrelerinin verim ve kararlılığının iyileştirilmesi
Enhancement of efficiency and stability of 3D/2D hybrid perovskite solar cells with ionic liquid additive
- Tez No: 927240
- Danışmanlar: PROF. DR. SERVET TURAN, DOÇ. DR. SEÇKİN AKIN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Mühendislik Bilimleri, Energy, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Eskişehir Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 175
Özet
Perovskite güneş hücreleri (PSC), yüksek güç dönüşüm verimleri (PCE) ve düşük üretim maliyetleri ile fotovoltaik teknolojilerde devrim yaratmıştır. Ancak, bu hücrelerin uzun süreli kararlılığı ve çevresel dayanıklılığı, ticari uygulanabilirlik açısından önemli bir engel teşkil etmektedir. Bu çalışma, iyonik sıvı (İS) katkılarının PSC'lerin verim ve kararlılığını nasıl iyileştirebileceğini araştırmaktadır. Bu çalışmada, 1-butyl-4-methylpyridinium tetrafluoroborate (BMPyBF₄) iyonik sıvısının 3D/2D hibrit güneş hücrelerinde fotovoltaik performans ve kararlılığa etkisini araştırmaktadır. Cs₀.₀₅(FA₀.₉MA₀.₁)₀.₉₅Pb(I₀.₉Br₀.₁)₃ kompozisyonuna farklı oranlarda BMPyBF₄ katkılanarak optimize edilen hücrelerde XRD, Pole-Figure, GIWAXS, SEM, AFM, KPFM, XPS, UPS, ToF-SIMS, PL ve TRPL analizleri ile yapısal ve elektronik özellikler belirlenmiştir. DFT analizleri, BMPyBF₄'ün perovskite yüzeyi ile güçlü etkileşimler oluşturarak kusur pasivasyonu sağladığını ve yük taşıma bariyerlerini düşürdüğünü ortaya koymuştur. J-V, IPCE, EIS ve Mott-Schottky ölçümleri ile aygıt performansı ve yük taşıma dinamikleri değerlendirilmiştir. Optimum BMPyBF₄ katkı oranında (mmolce %0.5), hücre 1,18 V açık devre voltajı (VOC), 24,37 mA/cm² kısa devre akım yoğunluğu (JSC), %82 dolum faktörü (FF) ve %23,6 maksimum güç dönüşüm verimi (PCE) göstermiştir. ISOS protokollerine göre gerçekleştirilen operasyonel kararlılık testlerinde, kontrol hücresi 500 saat sonunda başlangıç verimliliğinin %33'ünü kaybederken, %0,5 BMPyBF₄ katkılı cihazlar 1000 saat sonunda ilk verimliliğin %99'unu korumuştur. Ayrıca, 65 °C'de termal dayanıklılık testlerinde, katkısız hücrede 100 saatin sonunda %59 kayıp gözlemlenirken, katkılı hücrede 200 saatin sonunda kayıp yalnızca %38 olarak ölçülmüştür. Bu sonuçlar, BMPyBF₄'ün kusur pasivasyonu sağlayarak yük taşıma dinamiklerini iyileştirdiğini ve rekombinasyon kayıplarını azalttığını göstermektedir. Bu çalışma, katkı mühendisliği ile PSC'lerin yük taşıma dinamiklerinin optimize edilebileceğini ve iyonik sıvı katkılarının bu süreçte kritik bir rol oynadığını ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Perovskite solar cells (PSCs) have revolutionized photovoltaic technologies with their high power conversion efficiency (PCE) and low production costs. However, their long-term stability and environmental resistance remain significant challenges for commercial viability. This study investigates how ionic liquid (IL) additives can improve the efficiency and stability of PSCs. In this study, the effect of 1-butyl-4-methylpyridinium tetrafluoroborate (BMPyBF₄) ionic liquid on the photovoltaic performance and stability of 3D/2D hybrid PSCs is explored. Different concentrations of BMPyBF₄ were incorporated into the Cs₀.₀₅(FA₀.₉MA₀.₁)₀.₉₅Pb(I₀.₉Br₀.₁)₃ composition to optimize the device performance. Structural and electronic properties were examined using XRD, Pole-Figure, GIWAXS, SEM, AFM, KPFM, XPS, UPS, ToF-SIMS, PL, and TRPL analyses. DFT calculations revealed that BMPyBF₄ forms strong interactions with the perovskite surface, facilitating defect passivation and reducing charge transport barriers. The J-V, IPCE, EIS, and Mott-Schottky measurements were conducted to evaluate device performance and charge transport dynamics. At the optimum BMPyBF₄ concentration (0.5% mmol), the device exhibited a 1.18 V open-circuit voltage (VOC), 24.37 mA/cm² short-circuit current density (JSC), 82% fill factor (FF), and a maximum PCE of 23.6%. According to ISOS protocols, operational stability tests showed that the reference device lost 33% of its initial efficiency after 500 hours, whereas the 0.5% BMPyBF₄-incorporated devices retained 99% of their initial efficiency after 1000 hours. Furthermore, in thermal stability tests conducted at 65 °C, the reference device exhibited a 59% loss in 100 hours, while the BMPyBF₄-incorporated device showed only 38% degradation in 200 hours. These results demonstrate that BMPyBF₄ enhances charge transport dynamics by providing defect passivation and reducing recombination losses. This study reveals that charge transport dynamics in PSCs can be optimized through additive engineering and that ionic liquid additives play a crucial role in this process.
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
- Experimental investigation of ionic liquid−incorporated MIL-53(Al) composites for environmental applications: gas separation and water purification
İyonik sıvı katkılı MIL-53(Al) kompozitlerinin çevresel uygulamalar için deneysel Olarak İncelenmesi: Gaz ayırma ve su arıtma
SAFİYYE KAVAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
EnerjiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER UZUN
PROF. DR. SEDA KESKİN AVCI
- Saf ve iyonik sıvı katkılı perovskite filmlerin slot-die (yarık-kalıp) kaplama tekniği ile üretimi
Fabrication of bare and ionic liquid doped perovskite films with slot-die coating technique
MURAT EBİÇ
Doktora
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiKaramanoğlu Mehmetbey ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FARUK ÖZEL
DOÇ. DR. SEÇKİN AKIN
- Termoplastik polimerler için antistatik katkılar geliştirilmesi ve uygulamaları
Development of antistatic additives for thermoplastic polymers and its applications
HÜSNÜ KEMAL GÜRAKIN
Doktora
Türkçe
2020
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN DELİGÖZ
- Asfaltın kendini iyileştirme mekanizmasının incelenmesi
The investigation of self healing mechanizm of asphalt
HASAN KÖMÜRCÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUZAFFER YAŞAR