Perovskit güneş hücrelerine yönelik yeni nikel ftalosiyanin türevi katkı malzemelerinin geliştirilmesi
Development of new nickel phthalocyanine derivative additives for perovskite solar cells
- Tez No: 947112
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EMRE GÜZEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Metalurji Mühendisliği, Energy, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 82
Özet
Günümüzde hızla artan nüfus ve buna bağlı olarak yükselen enerji talebi, sürdürülebilir ve çevre dostu enerji çözümlerine duyulan ihtiyacı daha da belirgin hale getirmiştir. Fosil yakıtların sınırlı rezervlere sahip olması ve kullanımının ciddi çevresel problemlere, özellikle de sera gazı emisyonlarına ve iklim değişikliğine neden olması, yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelimi zorunlu kılmaktadır. Bu bağlamda, güneş enerjisi, tükenmeyen yapısı ve çevreye olan olumsuz etkisinin oldukça düşük olması nedeniyle en umut verici alternatif enerji kaynaklarından biri olarak öne çıkmaktadır. Güneş enerjisinin doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülmesinde kullanılan fotovoltaik (PV) teknolojiler, özellikle son yıllarda önemli gelişmeler göstermektedir. Bu teknolojiler arasında, perovskit güneş hücreleri (PSC'ler), yüksek enerji dönüşüm verimleri, düşük üretim maliyetleri ve esnek üretim süreçleri sayesinde dikkat çeken bir araştırma alanı haline gelmiştir. Perovskit güneş hücreleri, ışığı soğurma kapasitesi yüksek olan perovskit yapılarının aktif katman olarak kullanıldığı çok katmanlı PV sistemlerdir. Ancak bu hücrelerin nem, oksijen, ısı ve ışık gibi dış etkenlere karşı gösterdiği düşük kararlılık, ticari uygulamalar açısından önemli bir engel oluşturmaktadır. Bu sorunun üstesinden gelmek amacıyla çeşitli katkı malzemeleri ve yeni nesil iletim katmanları üzerine çalışmalar yürütülmektedir. Bu tez çalışmasında, alkil zincir gruplarına sahip nikel ftalosiyanin (NiPc) türevleri sentezlenmiş ve bu moleküller, PSC'lerinde boşluk taşıyıcı katmanında (HTL) katkı maddesi olarak kullanılmıştır. Sentezlenen NiPc türevleri, FT-IR, MALDI-TOF-MS ve UV-Vis spektroskopisi gibi ileri karakterizasyon yöntemleri kullanılarak detaylı biçimde analiz edilmiştir. Fotovoltaik performans deneylerinde ise, ticari bir HTL malzemesi olan spiro-OMeTAD'a katkı olarak eklenen ftalosiyanin türevlerinin, hücrelerin enerji dönüşüm verimliliğini anlamlı şekilde artırdığı gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, katkı maddesi olarak kullanılan Pc türevleri, cihaz verimliliğini yaklaşık %19'dan %20'ye yükseltmiş ve aynı zamanda hücre kararlılığında da iyileşmeler sağlanmıştır. Bu bağlamda, çalışma kapsamında elde edilen veriler, ftalosiyanin türevlerinin PSC sistemlerinde HTL'ye katkı maddesi olarak entegre edilmesinin hem verimlilik hem de kararlılık açısından olumlu etkiler yarattığını ortaya koymakta; dolayısıyla bu yaklaşımın, perovskit tabanlı fotovoltaik teknolojilerin ticari uygulanabilirliği yönünde önemli bir katkı sağlayabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In recent years, the rapid increase in global population and the corresponding rise in energy demand have significantly heightened the need for sustainable and environmentally friendly energy solutions. Fossil fuels, with their limited reserves and detrimental environmental impact, particularly in terms of greenhouse gas emissions and climate change, have necessitated a transition toward renewable energy sources. In this manner, solar energy stands out as one of the most promising alternatives due to its inexhaustible nature and minimal ecological footprint. Photovoltaic (PV) technologies, which directly convert sunlight into electricity, have seen significant advancements in recent years. Within this domain, perovskite solar cells (PSCs) have emerged as a compelling area of research owing to their high-power conversion efficiencies, low production costs, and flexibility in fabrication processes. PSCs are multi-layered photovoltaic devices in which the active light-absorbing layer is composed of perovskite materials with excellent optical and electronic properties. However, one of the major limitations hindering the commercialization of PSCs is their poor stability when exposed to environmental factors such as moisture, oxygen, heat, and light. To address this challenge, intensive research is being conducted on alternative additives and novel hole transport layer (HTL) materials. In this thesis study, nickel phthalocyanine (NiPc) derivatives functionalized with alkyl side chains were synthesized and employed as dopant additives in the HTL of PSC devices. The synthesized NiPc derivatives were thoroughly characterized using advanced techniques, including FT-IR, MALDI-TOF-MS, and UV-Vis spectroscopy. In the photovoltaic performance tests, the incorporation of these phthalocyanine derivatives into the commercially used hole transport material spiro-OMeTAD led to a notable improvement in the overall device efficiency. Specifically, the power conversion efficiency (PCE) increased from approximately 19% to 20%, accompanied by enhanced device stability. These findings suggest that integrating phthalocyanine derivatives as additive dopants within the HTL of PSCs constitutes an effective strategy for improving both efficiency and stability. Thus, this approach holds considerable potential for advancing the commercial viability of perovskite-based photovoltaic technologies.
Benzer Tezler
- Advanced characterization of charge carrier dynamics in perovskite solar cells using impedance spectroscopy
Empedans spektroskopisi kullanarak perovskit güneş hücrelerinde yük taşıyıcı dinamiklerinin ileri karakterizasyonu
MEHMET CEM ŞAHİNER
Doktora
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ
- Nikel oksit nano yapılı delik taşıyıcı materyal tabanlı p-i-n perovskit güneş hücresinin aktif katman optimizasyon ve karakterizasyonları
Characterization and optimization of active layer of p-i-n perovskite solar cell based on nickel oxide nanostructured hole transport material
ATAKAN CANATAN
- Structural engineering of halide perovskites and their association with organics for optoelectronic applications
Halojenür perovskitlerin yapısal mühendisliği ve optoelektronik uygulamalar için organikler ile ilişkisi
HÜRRİYET YÜCE ÇAKIR
Doktora
İngilizce
2022
Mühendislik Bilimleriİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA MUAMMER DEMİR
DOÇ. DR. KIVILCIM YÜKSEL ALDOĞAN
- 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
MUHAMMAD BASIT NADEEM
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Metalurji MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE GÜZEL
- Novel hole transport, large ammonium cation and dopant materials for realization of high-performance perovskite solar cells
Yüksek performanslı perovskit güneş hücreleri için özgün boşluk taşıma, büyük amonyum katyonu ve katkı malzemeleri
ESRA BAĞ ÇELİK
Doktora
İngilizce
2023
Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRULLAH GÖRKEM GÜNBAŞ
DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ
