Energy level alignment and charge transfer mechanisms in natural dye-sensitized solar cells
Doğal boya duyarlı güneş pillerinde enerji seviyesi hizalanması ve yük taşınım mekanizmaları
- Tez No: 999744
- Danışmanlar: PROF. DR. ABDULLAH YILDIZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Mühendislik Bilimleri, Energy, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Boya duyarlı güneş hücreleri, Enerji, Dye-sensitized solar cells, Energy
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Boya Duyarlı Güneş Pilleri (DSSC'ler), düşük üretim maliyetleri ve çevre dostu yapıları ile bu alanda umut verici bir potansiyele sahiptir. Literatürde yüksek verimlilikleri ile bilinen rutenyum bazlı sentetik boyalar; yüksek maliyetleri, nadir bulunmaları ve üretim süreçlerindeki çevresel toksisite riskleri nedeniyle büyük ölçekli uygulamalarda kısıtlanmaktadır. Bu çalışmada kullanılan doğal boyalar ise, karmaşık sentez süreçleri gerektirmeyen, düşük maliyetli ve çevre dostu yapılarıyla DSSC teknolojisi için sürdürülebilir bir alternatif sunmaktadır. Bu tez çalışmasında, literatürde daha önce rapor edilmemiş beş yeni doğal bitki özütü kullanılarak hazırlanan DSSC'lerin fotovoltaik performansları ve yük transfer mekanizmaları bütüncül bir yaklaşımla incelenmiştir. Çalışma kapsamında boyaların kimyasal yapıları ve yarı iletken yüzeyine tutunma mekanizmaları FT-IR spektroskopisi ile aydınlatılmıştır. Ayrıca tüm numunelerin optik özelliklerinin yanı sıra Döngüsel Voltametri (CV) ve Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EIS) ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen CV ölçümleri ile boyaların enerji seviyeleri belirlenmiş ve bu seviyelerin güneş pili içerisindeki diğer bileşenlerle olan uyumu analiz edilmiştir. Çalışmada, boyanın uyarılmış haldeki enerji düzeyinin yarı iletkenin iletim bandı ile olan konumsal ilişkisinin ve temel haldeki enerji düzeyinin elektrolit redoks potansiyeli ile hizalanmasının verimlilik üzerindeki kritik önemi ortaya konmuştur. FT-IR analizleri ile desteklenen güçlü yüzey bağlanması ve CV ile belirlenen uygun enerji seviyesi hizalaması, yüksek akım yoğunluğunun temelini oluşturmuştur. Ayrıca, EIS ölçümleri ile cihazların iç direnç parametreleri belirlenmiş; elektrolit kompozisyonundaki değişimlerin arayüzey yük transfer dirençleri ve elektron ömrü üzerindeki belirleyici etkileri aydınlatılmıştır. Çalışma sonucunda, optimize edilmiş enerji seviyesi hizalaması ve düşük arayüzey dirençleri sayesinde HR boyası ve EL2 elektroliti kombinasyonu verimin %0.22'den %1.20'ye yükseldiği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Dye-Sensitized Solar Cells (DSSCs) offer significant potential due to their low cost and eco-friendly nature. While ruthenium-based synthetic dyes are prominent for their high efficiencies, their large-scale application is limited by high costs, scarcity, and environmental toxicity. The natural dyes utilized in this study provide a sustainable and eco-friendly alternative for DSSC technology, characterized by their abundance and lack of complex synthesis requirements. In this thesis, the photovoltaic performance and charge transfer mechanisms of DSSCs fabricated using five novel natural plant extracts were comprehensively investigated. Within the scope of the study, the chemical structures of the dyes and their anchoring mechanisms onto the semiconductor surface were elucidated using FT-IR spectroscopy. Furthermore, optical properties, Cyclic Voltammetry (CV), and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) measurements were performed for all samples. The energy levels of the dyes were determined via CV measurements, and their alignment with other components within the solar cell was analyzed. The study highlights the critical importance of the positional relationship between the dye's excited state and the semiconductor's conduction band, as well as the alignment of the ground state with the electrolyte's redox potential for overall efficiency. Strong surface anchoring, supported by FT-IR analysis, combined with appropriate energy level alignment identified via CV, formed the basis for high current density. Additionally, internal resistance parameters were identified through EIS measurements, elucidating the decisive effects of electrolyte composition on interfacial charge transfer resistances and electron lifetime. As a result, power conversion increased from 0.22% to 1.20% with the EL2 electrolyte combination, owing to optimized energy level alignment and minimized interfacial resistances.
Benzer Tezler
- Architecture and circular economy: Developing a building-scale circularity indicator
Mimarlık ve döngüsel ekonomi: Bina ölçeğinde döngüsellik indikatörü geliştirilmesi
BURCU KISMET
Doktora
İngilizce
2025
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MERYEM BİRGÜL ÇOLAKOĞLU
- Gelişmekte olan ülkelerde teknoloji politikalarının belirlenmesi ve Türkiye'deki durum
Technology policies in developing countries and the situatiın in Turkey
MEHPARE BARIŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMühendislik Yönetimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUFAN V. KOÇ
- The significance and the contribution of 6+1 traits of writing to the success of the students in writing courses in English language teaching
Yazmanın 6+1 özelliğinin İngilizce öğretiminde yazılı anlatım derslerindeki öğrenci başarısına katkısı ve önemi
ÖZLEM YAZAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2004
Eğitim ve ÖğretimGazi Üniversitesiİngiliz Dili Eğitimi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. PAŞA TEVFİK CEPHE
- DSSC'lerde kullanılmak üzere türevlendirilen bodıpy tabanlı boyaların elektronik yapı, optik özellikleri ve yük transfer mekanizmalarının dft ile incelenmesi
DFT investigation of the electronic structure, optical properties, and charge transfer mechanisms of derived bodipy-based dyes for application in DSSCs
BURCU ORTATEPE
Doktora
Türkçe
2026
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. YUSUF ERDOĞDU