Organic and inorganic perovskite solar cells: Design, fabrication and performanceanalysis
Organik ve inorganik perovskit güneş hücreleri : Tasarım, üretim ve performans analizi
- Tez No: 955671
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DMİTRY `BAVYKİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Unıversıty Of Southampton
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Mühendislik ve Doğa Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Güneş Enerjisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu proje, organik ve inorganik perovskit güneş hücrelerini tasarım, üretim ve fotovoltaik performansları açısından hesaplamalı ve deneysel yöntemler kullanarak incelemiştir. Bismut tabanlı perovskitler, Cambridge Serial Total Energy Package (Cambridge Seri Toplam Enerji Paketi) yazılımı aracılığıyla yoğunluk fonksiyonel teori kullanılarak teorik olarak incelenmiştir. Bi-tabanlı perovskitlerin yapısal, elektronik ve optik özelliklerini incelemek için katılar için Perdew-Burke-Ernzerhof değişim-korelasyon fonksiyonu kullanılmıştır. Bi-tabanlı perovskitlerin kristal yapısı, Jmol ve VESTA kullanılarak simüle edilmiştir. Elektronik durum yoğunluğu, ortak yoğunluk durumu ve soğurma katsayıları, OptaDOS kullanılarak yapılmıştır. Ayrıca, fotovoltaik performanslarını analiz etmek için Bi-tabanlı perovskit güneş hücreleri üretilmiştir. Öncül malzemeler ıslak-kimyasal sentez yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Bi-tabanlı perovskitlerin spektral özelliklerini elde etmek için difüz yansıma ve geçirgenlik spektroskopisi kullanılmıştır. Perovskitlerin enerji bant boşlukları, Tauc grafikleri ve Kubelka-Munk fonksiyonu kullanılarak tahmin edilmiştir. Bi-tabanlı perovskit güneş hücrelerinin katmanları spin-coating (döndürmeli kaplama) ve sputter- coating (püskürtmeli kaplama) yöntemleri kullanılarak yapılandırılmıştır. Ayrıca, titanat nanotüpleri ile kurşun-tabanlı perovskitler kullanılarak bozunma ve geri kazanım çalışmaları yapılmıştır. Kurşun titanat nanotüpleri üretmek için iyon değiştirme yöntemi kullanılmıştır. Titanat nanotüplere sahip Pb-tabanlı perovskit güneş hücreleri, doctor-blading (sıyırma bıçağı) yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Metanamin hidroiyodür işleminin bozunmuş perovskitler üzerindeki etkisini göstermek için dağınık yansıma ve Fourier-transform kızılötesi spektroskopisi kullanılmıştır. İlk prensiplere dayalı yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamaları, Cs3Bi2I9, Cs3Bi2Br9 ve Cs3Bi2Br3I6 gibi Bi-tabanlı perovskitlerin kristal yapılarının altıgen uzay grubunda kristalleştiğini göstermiştir. Cs3Bi2I9'un elektronik bant yapısı, Tauc grafiklerinden elde edilen 2.00 eV bant aralığı enerjisi ile uyumlu olan Cs3Bi2I9 bant aralığı enerjisinin 1.99 eV olduğunu tahmin etmiştir. Cs3Bi2Br9'un enerji bant aralığı hesaplamalı ve deneysel çalışmalardan sırasıyla 2.42 eV ve 2.68 eV olarak belirlenmiştir. Cs3Bi2BrxI9-x güneş hücrelerinin akım yoğunluğu-voltaj özellikleri, Cs3Bi2Br3I6 ile yapılan perovskit güneş hücresinin diğer Bi-tabanlı hücrelere kıyasla en yüksek verimlilik olan %0.067'yi ulaştığını göstermiştir. Bozunma ve geri kazanım çalışması, metanamin hidroiyodür işleminin, MАPbI3/Tint'in difüz absorbans tepkisini ve MАPbI3/Tint güneş hücrelerinin akım yoğunluğu-voltaj özelliklerini önemli ölçüde geri kazandırdığını ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
This project investigated organic and inorganic perovskite solar cells in terms of their design, fabrication, and photovoltaic performance using computational and experimental methods. Bismuth-based perovskites were theoretically explored by employing density functional theory through the Cambridge Serial Total Energy Package software. Perdew-Burke-Ernzerhof exchange-correlation functional for solids was employed to examine structural, electronic, and optical properties of Bi-based perovskites. The crystal structure of Bi-based perovskites was simulated using Jmol and VESTA. Electronic density of states, joint density of states and absorption coefficients were performed using OptaDOS. Additionally, Bi-based perovskite solar cells were fabricated to analyse their photovoltaic performance. The precursor materials were produced using the wet-chemical synthesis method. Diffuse reflectance and transmittance spectroscopy were used to obtain spectral properties of Bi-based perovskites. The energy band gaps of the perovskites were estimated using Tauc plots with the Kubelka-Munk function. The layers of Bi-based perovskite solar cells were structured using spin-coating and sputter-coating methods. Furthermore, degradation and recovery investigations were conducted using lead-based perovskites with titanate nanotubes. The ion-exchange method was utilised for producing lead titanate nanotubes. Pb-based perovskite solar cells with titanate nanotubes were fabricated using the doctor-blading method. Diffuse reflectance and Fourier-transform infrared spectroscopy were used to show the influence of methanamine hydroiodide treatment on degraded perovskites. First principles density functional theory calculations showed that the crystal structure of Bi-based perovskites, which were Cs3Bi2I9, Cs3Bi2Br9 and Cs3Bi2Br3I6, crystallised in the hexagonal space group. The electronic band structure of Cs3Bi2I9 estimated 1.99 eV of Cs3Bi2I9 band gap energy, which was compatible with 2.00 eV band gap energy from Tauc plots. The energy band gap of Cs3Bi2Br9 was determined as 2.42 eV and 2.68 eV from the computational and experimental studies, respectively. The current density-voltage characteristics of the Cs3Bi2BrxI9−x solar cells demonstrated that the perovskite solar cell with Cs3Bi2Br3I6 achieved the highest PCE of 0.067% compared to the other Bi-based cells. The degradation and recovery study revealed that methanamine hydroiodide treatment significantly restored the diffuse absorbance response of MAPbI3/Tint and the current density-voltage characteristics of the MAPbI3/Tint solar cells.
Benzer Tezler
- 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
2023
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFen Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRULLAH GÖRKEM GÜNBAŞ
DOÇ. DR. SAFACAN KÖLEMEN
- Yeni nesil perovskit güneş hücreleri için boşluk aktarım moleküllerin tasarımı ve uygulamaları
Design and application of hole transfer materials for new generation perovskite solar cells
CEYLAN DOYRANLI
- Yeni konjuge yapıların sentezi ve güneş pili uygulamaları
Synthesis of new conjugated structures and solar cell applications
SELMA GÜLNAZ SEZGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
KimyaYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇİĞDEM YÖRÜR GÖRECİ
- Perovskite güneş hücrelerinde elektron taşıma malzemeleri yapısının ve kompozisyonun SCAPS-1D simülasyon perspektifinden incelenmesi
Investigation of electron transport materials structure and composition in perovskite solar cells from SCAPS-1D simulation prospectus
CİHAN ATAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NAGİHAN DELİBAŞ
PROF. DR. ALİGHOLİ NİAEİ
- Metal oksit-organik hibrit boşluk taşıyıcılı perovskit güneş pillerinin geliştirilmesi
Development of perovskite solar cells with metal oxide-organic hybrid hole transport layer
YAĞMUR SU ÜNAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiYenilenebilir Enerji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ