D-π-2A yapısında yeni 4.5-diazofluorene bileşiklerin sentezi ve boya duyarlı güneş hücresi uygulamaları
Synthesis of novel 4.5-diazofluorene compounds in D-π-2A structure and dye sensitive solar cell applications
Yazar: CANSU SEZGİN
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM ERDEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Anorganik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Güneş pilleri = Solar cells

Özet:
İklim değişikliği; hastalıklar, gıda ve su kaynaklarını etkileyen 21. yüzyılın en büyük küresel tehditlerinden biridir. Karbon emisyonlarının azaltılması bu etkilerin azaltılmasına yardımcı olacaktır. Güneş ve Rüzgâr enerjisi gibi yenilenebilir enerji türleri bu konuda oldukça umut vericidir. Çeşitli enerji kaynakları arasında Güneş ışığı bol ve güvenilir bir enerji kaynağıdır. Gezegenimiz Güneş ışığından büyük miktarda enerji alır. Bu nedenle Güneş enerjisi, gelecekte yararlı yakıtlara dönüşmesi veya doğrudan elektrik enerjisine dönüşmesi yoluyla yararlanılabilecek potansiyel bir enerji kaynağı olarak kabul edilir. Günümüzüm önemli bilimsel ve teknolojik araştırma alanlarından biri enerji tüketimidir. Boyaya Duyarlı Güneş Pilleri (DSSC), düşük üretim maliyetleri, yüksek verimlilikleri, düşük ışıkta çalışabilmeleri ve mekanik sağlamlıkları nedeniyle birçok araştırmacının dikkatini çeken verimli bir fotovoltaik cihaz türüdür. Son birkaç yılda güç dönüşüm verimliliğinin (PCE) hızla artması ve kolay seri üretimleri nedeniyle Güneş enerjisinin elektriğe dönüştürülmesinde boya duyarlı güneş pilleri (DSSC) umut verici bir teknoloji haline dönüştü. Işık ile duyarlı hale gelen organik molekülün yarı iletken titanyum dioksit (TiO2) ile etkileşimini inceleyen fotovoltaik hücrelerden olan DSSC fikri, ilk olarak Brian O'Regan ve Michael Grätzel tarafından ortaya konulmuştu. Bu nitelikte Boya Duyarlı Güneş Pilleri son yıllarda yenilenebilir enerji kaynağı olarak bilimsel ve endüstriyel olarak ilgi çekmektedir. Çevre dostu ve uygun maliyetli bir fotovoltaik cihaz olarak Boya Duyarlı Güneş Pilleri, hem Güneş ışığını hem de yapay ışığı verimli bir şekilde elektrik enerjisine dönüştürebilir. Organik bileşik temelli Güneş pillerinde muhtelif sınıflara ait duyarlaştırıcı özellikte maddeler kullanılmaktadır. 4,5-Diazafluoreneler de bu sınıflar içinde yer almaktadır. 
Bu çalışmada; yeni 4,5 Diazafluorene bileşikleri ve onların Rutenyum(II) komplekslerinin sentezi gerçekleştirildi. Sentezlenen bileşikler, görünür bölgede absorpsiyon veren ve çoklu ankor grup içeren özelliğe sahiptir. Bileşiklerde π-konjugasyonunu sağlayan imin grupları bulunmaktadır. Sentezlenen bileşiklerin yapısı FTIR, UV-vis, fluoresans, 1H NMR, 13C NMR, Q-TOF, Maldi MS ile aydınlatılmıştır.  Sentezlenen bileşikler ile hazırlanan DSSC cihazlarının güç dönüşüm verimi, Solar Simülatör altında Akım-Voltaj (I-V) ölçümleri alınarak hesaplandı.

Abstract:
Climate change; Diseases are one of the biggest global threats of the 21st century, affecting food and water supplies. Reducing carbon emissions will help mitigate these effects. Renewable energy types such as solar and wind energy are very promising in this regard. Among the various energy sources, sunlight is an abundant and reliable source of energy. Our planet receives a large amount of energy from sunlight; Therefore, Solar energy is considered as a potential energy source that can be exploited in the future through its conversion into useful fuels or directly into electrical energy. Among the various energy sources, sunlight is an abundant and reliable energy destination. In the last few years, Dye Sensitive Solar Cells (DSSC) have become a promising technology in converting solar energy into electricity due to the rapid increase in power conversion efficiency (PCE) and easy mass production. The idea of Dye Sensitive Solar Cells (DSSC), one of the photovoltaic cells that study the interaction of the light-sensitive organic molecule with semiconductor titanium dioxide (TiO2), was first put forward by Brian O'Regan and Michael Grätzel. In recent years, Dye Sensitive Solar Cells of this nature have attracted scientific and industrial attention as a renewable energy source. As an environmentally friendly and cost-effective photovoltaic device, Dye Sensitive Solar Cells can efficiently convert both sunlight and artificial light into electrical energy. In organic compound-based Solar cells, substances with sensitizing properties belonging to various classes are used. 4,5-Diazafluorenes are also included in these classes.
In this study; synthesis of new 4,5-Diazafluorene compounds and their Ruthenium(II) complexes were carried out. The synthesized compounds have the property of absorbing in the visible region and containing multiple anchor groups. These compounds have groups of imine and carbonyls that provide π-conjugation. The structure of all synthesized organic substances is elvcidated by FTIR, UV-vis, UV-fluorescence, 1H NMR, 13C NMR, Q-TOF, Maldi. Power conversion efficiency of DSSC devices prepared with synthesized compounds was calculated by taking Current-Voltage (I-V) measurements under Solar Simulator.