Perovskit güneş hücresi uygulamalarında elektron transfer tabakası olarak alkali karbonat katkılı TiO2 kullanımı
Use of alkali carbonate doped TiO2 as electron transfer layer inperovskite solar cell applications
- Tez No: 990370
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MÜCAHİT YILMAZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Perovskitler, Perovskite
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Necmettin Erbakan Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, perovskit güneş hücrelerinde yaygın olarak kullanılan mezogözenekli TiO2 elektron transfer tabakasının (ETL) alkali metal karbonat katkıları ile modifiye edilmesi ve hücre performansı üzerindeki etkileri sistematik olarak incelenmiştir. Bu kapsamda ilk olarak 0,5; 1,0; 1,5 ve 2,0 mg/mL Na2CO3 katkılı TiO2'ler hazırlanarak optimum katkılama miktarı tespit edilmiştir. Yapılan analizler 1,0 mg/mL değerinin optimum katkılama değeri olduğunu göstermiştir. Daha sonra 1,0 mg/mL katkılı Li2CO3, Na2CO3 ve K2CO3 katkılı TiO2 ETL'ler üretilmiş ve katkı türü ile konsantrasyonunun yapısal, optik, elektriksel ve fotovoltaik özelliklere etkisi karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. AFM analizleri, Na katkısının TiO2 yüzey morfolojisini daha homojen ve kompakt bir hâle getirdiğini, özellikle 1,0 mg/mL Na2CO3 konsantrasyonunda optimum pürüzlülük ve yükseklik dağılımının elde edildiğini göstermiştir. XRD ve Raman ölçümleri, alkali karbonat katkılarının TiO2'nin anataz fazını ve perovskit kristal yapısını bozmadığını ortaya koymuştur. Optik ölçümler, katkıların TiO2'nin yüksek geçirgenliğini ve perovskit tabakanın geniş soğurma aralığını koruduğunu göstermiştir. PL ve TRPL analizleri, Na katkılı numunelerde güçlü fotolüminesans sönümlenmesi ve daha kısa taşıyıcı yaşam süreleri ile karakterize edilen etkin yük ayrışması ve hızlı elektron ekstraksiyonu olduğunu göstermiştir. SCLC ölçümleri, Na katkısı ile tuzak yoğunluğunun önemli ölçüde azaldığını, EIS analizleri ise arayüz rekombinasyonunun baskılandığını ortaya koymuştur. Güneş hücresi ölçümleri, alkali metal karbonat katkılarının hücre verimlerini kontol hücresine göre artırdığını ve en yüksek verimin %20,95 ile Na katkılı TiO2 kullanılarak yapılan hücrede olduğunu göstermiştir. Elde edilen sonuçlar, özellikle 1,0 mg/mL Na2CO3 katkılı TiO2 ETL'nin, perovskit/TiO2 arayüzünde kusur pasivasyonu ve yük transfer kinetiği açısından en dengeli ve verimli yapıyı sunduğunu ortaya koymaktadır. Bu yönüyle çalışma, alkali metal karbonat katkılarının perovskit güneş hücrelerinde ETL mühendisliği açısından etkili ve uygulanabilir bir strateji sunduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the modification of the mesoporous TiO2 electron transport layer (ETL), which is widely used in perovskite solar cells, with alkali metal carbonate additives and its effects on device performance were systematically investigated. Within this scope, TiO2 films doped with 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 mg/mL Na2CO3 were first prepared to determine the optimum doping concentration. The analyses revealed that 1,0 mg/mL is the optimum doping level. Subsequently, TiO2 ETLs doped with 1,0 mg/mL Li2CO3, Na2CO3, and K2CO3 were fabricated, and the effects of dopant type and concentration on the structural, optical, electrical, and photovoltaic properties were comparatively evaluated. AFM analyses showed that Na doping rendered the TiO2 surface morphology more homogeneous and compact, particularly achieving optimum roughness and height distribution at a Na2CO3 concentration of 1,0 mg/mL. XRD and Raman measurements demonstrated that alkali carbonate doping did not deteriorate the anatase phase of TiO2 or the perovskite crystal structure. Optical measurements indicated that the dopants preserved the high transmittance of TiO2 and the broad absorption range of the perovskite layer. PL and TRPL analyses revealed efficient charge separation and fast electron extraction in Na-doped samples, characterized by strong photoluminescence quenching and shorter carrier lifetimes. SCLC measurements showed a significant reduction in trap density with Na doping, while EIS analyses demonstrated the suppression of interfacial recombination. Solar cell measurements showed that alkali metal carbonate additives increased the efficiencies of the cells compared to the control cell, and that the highest efficiency, 20.95%, was obtained in the cell fabricated using Na-doped TiO2. The obtained results demonstrate that the TiO2 ETL doped with 1.0 mg/mL Na2CO3 provides the most balanced and efficient structure in terms of defect passivation and charge transfer kinetics at the perovskite/TiO2 interface. In this respect, the present study indicates that alkali metal carbonate doping offers an effective and practical strategy for ETL engineering in perovskite solar cells.
Benzer Tezler
- Design, production and industrial applications of ferroelectric photovoltaic cells
Ferroelektrik fotovoltaik hücrelerin dizaynı, üretilmesi ve endüstriyel uygulamaları
DENİZ ÇOBAN ÖZKAN
Doktora
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiManisa Celal Bayar ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET TÜRK
- Perovskite güneş hücreleri için tiyenotiyofen türevli materyallerin sentezi ve özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and investigation of thienothiophene based materials for perovskite solar cells applications
MELİS ÜNAL
- Perovskit (CH3 NH3)3 Sb2 I9 ince filmlerin termal buharlaştırma yöntemi ile üretilmesi ve kararsızlık mekanizmalarının elektriksel yöntemlerle belirlenmesi
Production of perovskite (CH3 NH3)3 Sb2 I9 thin films by thermal evaporation method and determination of instability mechanisms by electrical methods
FATMA NUR SARIKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
EnerjiBurdur Mehmet Akif Ersoy ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN YILMAZ
- Spin coated copper (I) thiocyanate as a hole transport layer for perovskite solar cells
Perovskit güneş hücreleri için boşluk taşıyıcı katman olarak spin kaplama ile oluşturulmuş bakır tiyosiyanat
UTKU ER
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Mühendislik BilimleriOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET MACİT ÖZENBAŞ
- Perovskit güneş hücresi için katyonla uyarlanmış katı elektrolit sentezi ve kullanımı
Synthesis and use of cation-tuned solid electrolyte in perovskite solar cell
KHAN MOHAMMAD RAHMAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Enerjiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA CAN