Doğal ve sentetik boyaların kullanıldığı boya duyarlı güneş pillerinin fabrikasyonu ve performanslarının incelenmesi
Fabrication and performance analysis of dye-sensitized solar cells utilizing natural & synthetic dyes
- Tez No: 991195
- Danışmanlar: PROF. DR. MUZAFFER BALBAŞI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Enerji, Chemical Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Boya duyarlı güneş hücreleri, Dye-sensitized solar cells
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Boya duyarlı güneş pilleri (DSSC), düşük maliyetli üretim süreçleri, esnek tasarım imkânları ve çevre dostu bileşenleri sayesinde üçüncü nesil fotovoltaik teknolojiler arasında öne çıkmaktadır. Bu çalışmada, kırmızı pancar ve mor havuç gibi bitkilerden elde edilen doğal boyalar ile Rhodamine B ve Alizarin Red S gibi sentetik boyaların kullanıldığı DSSC hücreleri hazırlanmış ve performansları potansiyodinamik yöntemle hem aydınlık hem de karanlık koşullarda incelenmiştir. Hücrelerin fotovoltaik tepkileri, akım-gerilim (I-V) karakterizasyonu ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ile değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, farklı boyaların elektriksel direnç özellikleri ve verimlilikleri üzerinde belirleyici rol oynadığını göstermiştir. Titanyum dioksit (TiO₂) morfolojisi bir tasarım değişkeni olarak ele alınmış ve hücre performansı üzerindeki etkisi, literatürde rapor edilen optimum yapılar dikkate alınarak irdelenmiştir. Ayrıca kullanılan iletken camların yüzey direnci ile yalıtım filminin varlığının, hücrelerin seri direnci ve özellikle karanlık koşullarda yük transfer direnci üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Buna karşılık, UV ışık (254 nm ve 365 nm) altında yapılan ölçümler, bu direncin belirgin şekilde azaldığını ve hücrelerin daha kararlı tepkiler verdiğini ortaya koymuştur. Doğrudan gün ışığı altında kaydedilen I-V profillerindeki sinyal dalgalanmaları sistemin dinamik tepkisini ortaya koyarken, EIS bulguları belirli boyaların ışık uyarımıyla elektron taşınım mekanizmasını hızlandırdığını kanıtlamıştır. Özellikle doğal boyaların, düşük maliyet ve çevre dostu olmalarının yanı sıra, bazı koşullarda sentetik boyalarla karşılaştırılabilir verimlilik sergileyebildiği belirlenmiştir. Sonuç olarak, elde edilen veriler DSSC verimliliğinin yalnızca kullanılan boyar maddeye değil, aynı zamanda TiO₂'nin morfolojik özelliklerine, iletken camın yapısal parametrelerine ve hücre tasarımına doğrudan bağlı olduğunu göstermektedir. Bu çalışma, DSSC performansının iyileştirilmesinde hücre tasarımının ve malzeme mühendisliğinin kritik önemini vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
Dye-sensitized solar cells (DSSCs) have emerged as one of the most promising third- generation photovoltaic technologies due to their low-cost fabrication processes, flexible design possibilities, and environmentally friendly components. In this study, DSSC devices were fabricated using both natural dyes (beetroot, purple carrot) and synthetic dyes (Rhodamine B, Alizarin Red S), and their performances were evaluated under both illuminated and dark conditions through potentiodynamic measurements. The photovoltaic responses of the cells were analyzed by current–voltage (I–V) characterization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Titanium dioxide (TiO₂) morphology was treated as a design variable, and its impact on cell performance was evaluated with reference to optimum structures reported in the literature. Moreover, the effects of the sheet resistance of the conductive glass substrates and the presence of an insulating layer on the series resistance of the cells and, in particular, on the charge transfer resistance under dark conditions were evaluated. Conversely, measurements under UV illumination (254 nm and 365 nm) demonstrated a substantial reduction in resistance and more stable responses from the cells. While the signal fluctuations observed in the I–V profiles recorded under direct sunlight reveal the dynamic response of the system, the EIS findings have demonstrated that certain dyes accelerate the electron transport mechanism upon light excitation. Notably, natural dyes, in addition to being cost-effective and environmentally sustainable, exhibited efficiencies comparable to those of synthetic dyes under certain conditions. Overall, the results demonstrate that DSSC efficiency is not solely determined by dye selection but is also strongly influenced by the morphological properties of TiO₂, the structural parameters of the conductive glass, and the design of the cell. This study underscores the critical importance of cell design and materials engineering in improving DSSC performance.
Benzer Tezler
- Akridin esaslı bazı yeni bileşiklerin sentezi ve boya duyarlı güneş hücrelerinde uygulamaları
Synthesis of some new acridine-based compounds and applications in dye-sensitive solar cell
NAGİHAN ÖZTÜRK
- Kinolin ve siyanovinilbenzoik asit içeren bileşiklerin duyarlaştırıcı boya olarak güneş hücrelerinde kullanımı
Investigation of compounds containing cyanovinylbenzoic acid and quinoline as sensitizers in solar cells
SERAP USLU
- Farklı mantar türlerinden doğal boyar madde eldesi ve elyaf boyamada incelenmesi
Natural dyestuff extraction from different mushroom species and investigation in fiber dyeing
HİCRET DİDAR ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
KimyaSakarya ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT TEKER
DR. AYŞE USLUOĞLU
- Gül posası ile ekolojik tekstil mamul boyama metotları
Ecological natural dyeing of textile products with rosa slag
EZGİ AKAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. MELİHA OKTAV BULUT
- Pycnoporus sanguineus kaynaklı rekombinant lakkaz PSLCC2 kullanımı ile tekstil boyalarında renk giderimi
Decolorization of textile dyes using recombinant laccase PSLCC2 from Pycnoporus sanguineus
KORAY MALCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. AYTEN KARATAŞ