Organik opto-elektronik sistemlerde kullanım amaçlı ışık duyar moleküllerin sentezi ve uygulamaları
Synthesis of sensitizer molecules for organic opto-electronic systems and their applications
Yazar: BURAK GÜLTEKİN
Danışman: DOÇ. DR. CEYLAN ZAFER
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Enerji = Energy ; Kimya = Chemistry

Özet:
Bu doktora tezinde, boya duyarlaştırıcılı güneş hücreleri için karbazol türevi beş yeni organik yarıiletken sensör boya sentezlenmiştir. Boyalar, donör-? köprüsü- akseptör (D-?-A) ya da donör-akseptör şeklinde tasarlanmıştır. Ayrıca organik güneş hücreleri için, siyano grupları ile sübstitüe edilmiş naftalen türevi yeni bir n-tipi yarıiletken sentezlenmiştir. Sentezlenen yarıiletken malzemelerin yapısal karakterizasyonları 1H NMR spektroskopisi, optik ve elektrokimyasal karakterizasyonları ise UV-Vis absorbsiyon spektroskopisi, fluoresans spektroskopisi ve döngüsel voltammetri (CV) teknikleri ile yapılmıştır. Daha sonra boyaların, optik ve elektrokimyasal özelliklerinin uygulamalardaki güç dönüşüm verimlerine etkileri incelenmiştir.
Sentezlenen karbazol türevi moleküller; (N,N`-dimethilkarbazolokarbazol- 2-il)-isosiyano-akrilik asit (BG-501), (N,N`-dioktilkarbazolokarbazol-2-il)- isosiyano-akrilik asit (BG-502), 2-siyano-3-[5-(5,10-dioktil-5,10-dihidro-karbazolo[3,4-c]karbazol-2-il)-2-tiyenil]akrilik asit (BG 503), 2-siyano-3-{5-[4-(3,6-di-tert-bütil-9H-karbazol-9-il)fenil]-2-tienil}akrilik asit (BG-1), 3-{5'-[4-(3,6-di-tert-bütil-9H-karbazol-9-il)fenil]-2,2'-bitiyen-5-il}-2-isosiyanoakrilik asit (BG-2)? dir. Naftalen türevi malzeme ise, 2,9-bis(2-etilhekzil)-1,3,8,10-tetraokso-1,2,3,8,9,10-heksahidro-pirazino[2,3-f]kinoksalino[5,6,7,8-lmin]-3,8-fenantirolin-5,6,12,13-tetrakarbonitril (CN4NDI EH)`dir.
Sentezlenen karbazol tiyofen türevi bileşiklerle, boya duyarlaştırıcılı güneş hücresi uygulamaları yapılmıştır. DSSC aygıtlarında FTO/TiO2 /Boya/Redoks Çifti(I3-/I-) /Pt-FTO dizilimi kullanılmıştır. Üretilen aygıtlara ait akım-gerilim (I-V) eğrileri kullanılarak ve gelen ışığın akıma dönüşüm verim (IPCE)`leri belirlenerek fotovoltaik parametreleri belirlenmiştir.
Naftalen türevi molekülle ise, organik güneş hücresi denemeleri yapılmıştır. Sentezlenen malzeme, aktif tabakada akseptör olarak kullanılmıştır. Daha sonra, üretilen aygıtlara ait akım-gerilim (I-V) eğrileri kullanılarak fotovoltaik parametreleri belirlenmiştir.

Abstract:
In this PhD thesis, five new carbazole and thiophene based organic semiconductors have been synthesized to use in dye sensitized solar cells (DSC). Dyes have been designed as donor- ? ?acceptor(D- ?-A) or donor-acceptor (D-A) type. Beside these, a new cyano substituted naphthalene based p-type semiconductor has been synthesized for organic solar cell applications.  1H- NMR has been used for the structural characterization; UV-Vis absorption spectroscopy and fluorescence spectroscopy analysis have been carried out to determine optic properties of dyes; cyclic voltammetry technique has been carried out to determine the highest occupied molecular orbital (HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy levels of dyes.
Names of the synthesized molecules for DSC applications are (N,N`-dimethilkarbazolokarbazol- 2-il)-isosiyano-akrilik asit (BG-501), (N,N`-dioktilkarbazolokarbazol-2-il)- isosiyano-akrilik asit (BG-502), 2-siyano-3-[5-(5,10-dioktil-5,10-dihidro-karbazolo[3,4-c]karbazol-2-il)-2-tiyenil]akrilik asit (BG 503), 2-siyano-3-{5-[4-(3,6-di-tert-bütil-9H-karbazol-9-il)fenil]-2-tienil}akrilik asit (BG-1), 3-{5'-[4-(3,6-di-tert-bütil-9H-karbazol-9-il)fenil]-2,2'-bitiyen-5-il}-2-isosiyanoakrilik asit (BG-2).
Synthesized molecules have been used in dye sensitized solar cell (DSSC) applications. DSSC devices has been built up as a sandwich structure (FTO/TiO2 /Dye/Redox couple(I3-/I-) /Pt-FTO). Photocurrent-photovoltage measurements and incedent photon to current conversion efficiency (IPCE) measurements have been carried out to obtain photovoltaic parameters of synthesized dyes.
Naphtalene based p-type semiconductor has been used in OSC applications as the acceptor material.  Photocurrent-photovoltage measurements have been carried out to obtain photovoltaic parameters of synthesized dyes.