Nb katkılı boya duyarlaştırıcılı güneş gözelerinin 
üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of the Nb doped dye 
sensitized solar cells
Yazar: NERMİN KUTLU
Danışman: PROF. DR. NURİ ÖZEK ; DOÇ. DR. CEYLAN ZAFER
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Enerji = Energy ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Boya Duyarlaştırıcılı Güneş Gözeleri (BDGG)'nin üretiminde kullanılacak
fotoanotların iletkenliğinin yüksek olması istenir. Bu tezde fotoanotların
iletkenliğini arttırmak için NbCl5 ve Nb(OEt)5 gibi iki farklı başlangıç malzemesi
kullanılarak Titanyum dioksit (TiO2) kristal örgüsüne Niyobiyum (Nb)
katkılanmıştır. Nb katkılanan TiO2 (Nb:TiO2) ve mezoporoz TiO2 (mp-TiO2) nano
malzemeler sol-jel yöntemi ile sentezlenmiştir.
NbCl5 ve Nb(OEt)5'den sentezlenen Nb:TiO2 nano malzemeler Mor Ötesi -
Görünür Bölge Spektroskopisi (UV-Vis), Döngüsel Voltametri (CV), Atomik
Kuvvet Mikroskobu (AFM), Taramalı Elektron Mikroskobu - Enerji Dağılımlı XIşını
(SEM-EDX), X-Işın Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ve X-Işın Kırınımı
(XRD) ile karakterizasyon edildi. Elde edilen karakterizasyon sonuçlarında
farklılıklar ve benzerlikler gözlenmiştir.
mp-TiO2 ve Nb:TiO2 fotoanotlar Z907 ile duyarlaştırıldıktan sonra BDGG
üretilmiştir. BDGG'nin akım-gerilim (I-V) karakteristiğine göre fotovoltaik
performans değerleri incelenmiş ve optimum Nb katkılamaya kadar Isc
değerlerinde artma gözlenmiştir. Gelen fotonun akıma dönüşüm verimi
(%IPCE), monokromatik ışık altında DC modda hesaplanmıştır.
TiO2/boya/elektrolit arayüzeyindeki empedans (Z'2) direncini incelemek için
karanlıkta ve BDGG'in Voc değerinde Elektrokimyasal Empedans Spektroskopi
(EIS) analizi yapıldı. EIS'nin sonuçlarında, Nb katkılama miktarı arttırıldığı
zaman Z'2 artmıştır. Düşük Nb katkılama spektrumun kırmızıya kayması
yüzünden optik band boşluk enerjisini (EOBB) daraltırken, yüksek Nb katkılama
Burstein-Moss etkisi (maviye kayma) yüzünden EOBB'yi genişletir. EOBB, Z'2

Abstract:
The conductivity of photoanodes, which is to be used in fabrication of DSSCs, is
requested to be high. In this thesis, to increase the conductivity of photoanodes
was doped with Nb into crystal lattice of Titanium dioxide (TiO2) by using two
diffirence precursors such as NbCl5 and Nb(OEt)5. Nb doped TiO2 (Nb:TiO2) and
mesoporous TiO2 (mp-TiO2) nanomaterials were synthesized via sol-gel method.
Nb:TiO2 nano materials synthesized from NbCl5 ve Nb(OEt)5 were characterized
by Ultraviole-Visible (UV-Vis) Region Spectroscopy, Cyclic Voltammetry (CV),
Atomic Force Microscopy (AFM), Scannig Electron Microscopy - Energy
Dispersive X-Ray (SEM-EDX), X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) ve X-Ray
Diffraction (XRD). In the characterization results, differences and similarities
were observed.
DSSCs were fabricated after mp-TiO2 ve Nb:TiO2 photoanodes were sensitized
with Z907. According to current-voltage (I-V) characteristic of DSSCs
photovoltaic performans values were examined and optimum Nb doped up was
observed increasing at Isc values. Incident photon-to-current efficiency (%IPCE)
of DSSCs was calculated under monochromatic light at DC mode.
Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) analyse was done to investigate
recombination resistance (Z'2) at interface TiO2/dye/electrolyte at dark and Voc
value of DSSCs. In results of EIS, Z'2 increased when Nb doping amount was
increased. While low Nb doping narrows the optic band gap (EOBB) due to red
shift of spectrum, high Nb doping enlarges EOBB due to Burstein-Moss effect
(blue shift). It's found that there has been a good correlation between
interconnection EOBB, Z'2 and Isc values.