Advanced characterization of charge carrier dynamics in perovskite solar cells using impedance spectroscopy
Empedans spektroskopisi kullanarak perovskit güneş hücrelerinde yük taşıyıcı dinamiklerinin ileri karakterizasyonu
- Tez No: 939118
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 191
Özet
Gelişmekte olan organik–inorganik hibrit perovskit materyaller düşük maliyetli ve kolay işlenebilir optoelektronik aygıt teknolojisine umut verici yeni bir alternatif olma potansiyeli taşımaktadır. Her ne kadar perovskit güneş hücrelerinin verim değerleri hızla artmış olsa da aygıtların fiziksel prensiplerinin anlaşılması ile üretim tekniklerinin gelişmişliği arasında göze çarpan bir açık vardır. İlgili açığı kapatmaya yardımcı olmak amacıyla, empedans spektroskopisi perovskit güneş hücrelerinin temel yük taşıyıcı dinamiklerini açıklığa kavuşturmak için kullanılmıştır. Yük taşıyıcı rekombinasyonu ve elektrik iletim dinamikleri empedans spektroskopisiyle incelenmiş, elde edilen bulgular, sürüklenme-difüzyon benzetimleri, elektriksel ışıldama ölçümleri ve ışık-seviyesi-modülasyonu teknikleriyle tamamlayıcı bir şekilde değerlendirilmiştir. Ölçüm ve benzetim tekniklerine yönelik geliştirilen yenilikçi yaklaşımlar farklı hücre yapıları üzerinde uygulanarak doğrulanmıştır. Perovskit soğurucu kitle bileşimi ve yüzey pasivasyon yaklaşımları kapsamlı biçimde analiz edilmiştir. Gerilim ve ışık yoğunluğunun empedans tepkisine etkileri ayrıştırılarak, kurşun iyodür ve formamidinyum iyodür arasındaki bileşimsel denge en iyileştirilmiştir. Kurşun iyodürce zengin içerik rekombinasyon kayıplarını azaltırken, artan formamidinyum bileşimi yük taşınım özelliklerini iyileştirmiştir. Sezyum ve bromür iyonlarının katkılanması ile taşıyıcı devinirliği daha da geliştirilmiştir. Nikel oksit yüzeyinin kendiliğinden oluşan tek katmanlar ile etkili şekilde pasivasyonu sayesinde %20'nin üzerinde verimlilik ve 0.1 V'luk ışıl gerilim artışı elde edilmiştir. Bu iyileşme Fermi düzeyi sabitlenmesinin giderilmesiyle ilişkilendirilmiştir. Ayrıca, perovskit ile spiro-OMeTAD delik taşıyıcı katmanı arasına eklenen iki boyutlu perovskit nanokatman ile hem arayüzey pasivasyonu sağlanmış hem de ilgili uygulamanın hücreye metal kontak bozunmasına karşı elektronik olarak direnç kazandırdığı gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
The emerging field of organic–inorganic hybrid perovskite materials presents a promising alternative for low-cost, solution-processable optoelectronic devices. While the efficiency of perovskite photovoltaic cells has advanced rapidly, a substantial gap remains between the understanding of device physics and the practical competence in fabrication techniques. To help bridge this gap, this study focuses on elucidating the fundamental charge carrier dynamics in perovskite solar cells using impedance spectroscopy—an informative characterization technique applicable across a wide range of operating conditions. Carrier recombination and transport dynamics were investigated using impedance spectroscopy, complemented by drift-diffusion simulations, electroluminescence measurements, and intensity-modulated small perturbation methods. Novel approaches to both measurement and simulation techniques were developed and validated across various cell architectures and configurations. A detailed analysis of perovskite bulk composition and surface passivation strategies was conducted. By decoupling the effects of voltage bias and light intensity on impedance response, the stoichiometric balance between lead iodide and formamidinium iodide was optimized. Lead iodide-rich compositions reduced recombination loss, while increased formamidinium content enhanced transport properties. Further improvements in charge carrier mobility were achieved by incorporating cesium and bromide ions. Effective surface passivation of nickel oxide layers via self-assembled monolayers demonstrated cells exhibiting over 20% power conversion efficiency with 0.1 V photovoltage increase, attributed to the mitigation of Fermi-level pinning. Additionally, the insertion of a two-dimensional perovskite nanolayer between the bulk perovskite and spiro-OMeTAD hole transport layer was shown to both passivate the interface and electronically shield the cell from metal contact deterioration.
Benzer Tezler
- Time-resolved investigations on the charge carrier dynamics of CuBi2O4 and Cu2O photocathodes for photoelectrochemical hydrogen evolution reaction
Fotoelektrokimyasal hidrojen evrim reaksiyonu için CuBi2O4 ve Cu2O fotokatotların yük taşıyıcı dinamikleri üzerine zamana bağlı incelemeler
EMİR ARDALI
- Graphitic carbon nitride/red phosphorus heterojunctions decorated with platinum nanoparticles as catalysts for the photo-assisted hydrolysis of ammonia borane
Amonyak boranın foto yardımlı hidrolizi için katalizör olarak platin nanoparçacıklarla dekore edilmiş grafit karbon nitrür/kırmızı fosfor heteroeklemleri
SILA ALEMDAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
KimyaKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖNDER METİN
- Kozmesötik biyoaktif peptit sentezi ve lipozomal enkapsülasyonu
Cosmeceutical bioactive peptide synthesis and liposomal encapsulation
KORAY KAHRAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
BiyokimyaYıldız Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER TAHİR GÜNKARA
PROF. DR. SERAP ACAR
- Novel cochlear electrode array development using microfabrication techniques
Mikrofabrikasyon teknikleri kullanılarak yenilikçi koklear elektrot dizini geliştirilmesi
GÜLÇİN ŞEFİYE AŞKIN
Doktora
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLSAY SÜMER
- Elektrikli araç batarya yönetim sistemlerinde şarj durumu tahmini ve uygulamaları
State of charge estimation and applications in electric vehicle battery management systems
AHMET MELİH GÜRBÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜVEN KÖMÜRGÖZ KIRIŞ