Perovskit güneş hücrelerinde nb katkılı elektron taşıma katmanının tavlama sıcaklığının performansa etkisi
Effect of annealing temperature of NB-doped electron transport layer on the performance of perovskite solar cells
- Tez No: 963222
- Danışmanlar: PROF. DR. BARIŞ KINACI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Genel Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Bu doktora tezinde, perovskit tabanlı güneş hücrelerinin üretimi ve karakterizasyonu kapsamında, elektron taşıma tabakası olarak katkısız ve farklı oranlarda Nb (Niyobyum) katkılı TiO₂ ince filmleri incelenmiştir. Katkısız (NTO-0) ve %3 (NTO-3), %5 (NTO-5), %7 (NTO-7) Nb katkılı TiO₂ filmleri, oda sıcaklığında RF magnetron saçtırma yöntemiyle flor katkılı kalay oksit alt tabakalar üzerine kaplanmıştır. Ultraviyole–Görünür Bölge Spektroskopisi ile yapılan optik analiz sonucunda NTO-3 numunesinin bant aralığı (Eg) 3,333 eV olarak belirlenmiş ve bu değerin perovskit tabakasının kaplanması açısından diğerlerine kıyasla daha uygun olduğu tespit edilmiştir. Bu bulgular doğrultusunda, güneş hücresi mimarisi; NTO-3 üzerine perovskit aktif tabaka, boşluk taşıma tabakası ve elektrotlar sırasıyla kaplanarak oluşturulmuştur. Perovskit katman kaplaması öncesinde, elektron taşıma tabakasının kristal kalitesini ve yüzey tutunumunu artırmak amacıyla NTO-3 numuneleri 340°C, 380°C ve 420°C sıcaklıklarda tavlanmış; bu ısıl işlemlerin yapı üzerindeki yapısal, morfolojik ve optik etkileri detaylı şekilde incelenmiştir. Yapılan karakterizasyonlarda; X-ışını Kırınımı tekniği ile kristal yapı, Atomik Kuvvet Mikroskobu ile yüzey morfolojisi, Taramalı Elektron Mikroskobu–Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi ile yüzeyin elementel bileşimi ve Ultraviyole–Görünür Bölge Spektroskopisi ile optik geçirgenlik analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, cihaz performansını değerlendirmek amacıyla Akım Yoğunluğu–Gerilim ve Güç–Gerilim ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen bulgular, tavlama sıcaklığının film morfolojisi ve cihaz verimi üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir. Özellikle 380°C'de tavlanmış NTO-3 numunesinin, daha düzgün yüzey morfolojisi ve yüksek optik özellikler sergileyerek güneş hücresi performansını optimize ettiği gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, Nb katkılı TiO₂'nin uygun tavlama koşulları altında perovskit güneş hücresi yapısında etkin bir elektron taşıma tabakası malzemesi olarak kullanılabileceği ortaya konmuştur. Bu çalışma, yüksek verimli ve kararlı perovskit güneş hücrelerinin geliştirilmesine yönelik literatüre katkı sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
In this doctoral thesis, the fabrication and characterization of perovskite-based solar cells were investigated, focusing on titanium dioxide (TiO₂) thin films with and without niobium (Nb) doping, employed as the electron transport layer. Undoped (NTO-0) and Nb-doped TiO₂ films at doping ratios of 3% (NTO-3), 5% (NTO-5), and 7% (NTO-7) were deposited onto fluorine-doped tin oxide substrates at room temperature via the radio frequency RF magnetron sputtering technique. Optical analysis performed using Ultraviolet–Visible Spectroscopy revealed that the bandgap energy Eg of the NTO-3 sample was determined to be 3.333 eV, indicating its superiority over the other compositions in terms of suitability for perovskite layer deposition. Based on these findings, the solar cell architecture was completed by sequential deposition of the perovskite active layer, hole transport layer, and electrodes onto the NTO-3 film. To improve the crystallinity and surface adhesion of the electron transport layer prior to perovskite deposition, NTO-3 samples were annealed at 340°C, 380°C, and 420°C, and the structural, morphological, and optical effects of these thermal treatments were comprehensively analyzed. Characterization studies included X-ray diffraction for crystal structure analysis, atomic force microscopy for surface morphology, scanning electron microscopy combined with energy-dispersive X-ray spectroscopy for elemental surface composition, and UV-Vis spectroscopy for optical transmittance evaluation. Additionally, Current Density–Voltage and Power–Voltage measurements were carried out to assess the device performance. The results demonstrated that annealing temperature significantly influences the film morphology and device efficiency. Notably, the NTO-3 sample annealed at 380°C exhibited smoother surface morphology and enhanced optical properties, leading to an optimized solar cell performance. In conclusion, Nb-doped TiO₂ films were demonstrated to be effective electron transport layer materials for perovskite solar cell applications when subjected to appropriate annealing conditions. This study contributes to the literature on the development of efficient and stable perovskite solar cells.
Benzer Tezler
- Al:ZnO anot elektrot uygulamalı hibrit perovskit güneş hücresi ve polimer ışık yayan diyot fabrikasyonu
Fabrication of hybrid perovskite solar cell and polymer light emitting diode with application of Al:ZnO anode electrode
ALİ BALTAKESMEZ
Doktora
Türkçe
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN TÜZEMEN
- Perovskit metil amonyum bizmut iyodür (MA3Bi2I9) ince film soğurucu tabakasının ve FTO/TiO2/MA3Bi2I9/P3HT/Au güneş hücrelerinin stres faktörleri altında kararsızlıklarının incelenmesi
Investigation of instability of perovskite methyl ammonium bismuth iodide (MA3Bi2I9) thin film absorber layer and FTO/TiO2/MA3Bi2I9/P3HT/Au solar cells under stress factors
ASUMAN KOÇU
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiBurdur Mehmet Akif Ersoy ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖKHAN YILMAZ
- Scaps-1D simülasyonunu kullanarak kurşunsuz çift halojenürlü güneş pillerinin verimliliğinin optimize edilmesi
Optimizing the efficiency of lead-free double halide perovskite solar cells using scaps-1D simulation
NEPSE SEDA BOZKURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
EnerjiGazi ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERHAT KARYEYEN
PROF. DR. ABDULLAH YILDIZ
- Yeni nesil perovskit güneş hücrelerin modellenmesi ve simülasyonu
Modeling and simulation of new generation perovskite solar cell
AHMED A.M. ALSHAER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Metalurji MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM İNANÇ
- Optical and structural characterization of mixed halide perovskite thin films fabricated by thermal co-evaporation
Termal eş-buharlaştırma ile üretilen karışık halojenli perovskit ince fimlerin optik ve yapısal karakterizasyonu
ONUR YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAŞİT TURAN
YRD. DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ