Perovskite güneş hücrelerinin uzun vadeli operasyonel kararlılığını artırmak için CsPbBr3-xIx kuantum nokta tabanlı arayüzey mühendisliği
Quantum dot-based interface engineering with CsPbBr3-xIx for enhancing the long-term operational stability of perovskite solar cells
Yazar: BELKIS SÜRÜCÜ
Danışman: DOÇ. DR. SEÇKİN AKIN
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı / Mühendislik Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu tez çalışması, yüksek verimliliğe sahip perovskite güneş hücrelerinin (PGH) uzun vadeli operasyonel kararlılığını artırmaya yönelik bir araştırmayı ele almaktadır. PGH'lar, elektronik ve optik özelliklerinin yanı sıra fotovoltaik performanslarıyla dikkat çekmektedirler. Ancak, bu hücrelerin nem, sıcaklık ve ışık gibi çevresel etkenlere karşı hassasiyeti, ticari uygulamalarını sınırlamaktadır. Bu tez çalışması kapsamında, sezyum (Cs) tabanlı inorganik perovskite kuantum noktaların (QDs) üç boyutlu (3D) perovskite filmlerle entegrasyonu incelenmiştir. CsPbBr3-xIx kompozisyonuna sahip dört farklı arayüzey malzemesinin (CsPbBr3, CsPbBr2.5I0.5, CsPbBr2.0I1.0, CsPbBr1.5I1.5) perovskite filmler üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Bu çalışma, üretilen perovskite/QDs yapıların yüzey morfolojisi, kristal kalitesi, optik özellikleri, hidrofobik davranışı ve yük transfer kinetiği zamanın bir fonksiyonu olarak analiz edilmiştir. Ayrıca, saf perovskite ve perovskite/QDs hibrit filmler atmosfer kontrollü ortamda, dış ortamda ve termal stres altında kararlılık testlerine tabi tutularak uzun dönem kararlılık performansları değerlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar hem optoelektronik özellikler üzerinde hem de film kararlılığında önemli iyileşmeler sağlandığını ve bu iyileşmenin QDs nanokristallerin kompozisyonuna bağlı olduğunu göstermektedir. Sonuç olarak, bu çalışma PGH'ların uzun vadeli kararlılık sorunlarının çözümünde potansiyel olarak kullanılabilecek yeni bir malzeme yaklaşımını tanıtarak perovskite aygıtların ticarileşmesine yönelik önemli bir adımı temsil etmektedir.

Abstract:
This thesis focuses on research aimed at enhancing the long-term operational stability of high-efficiency perovskite solar cells (PSCs). PSCs are known for their exceptional electronic and optical properties, as well as their photovoltaic performance. However, their sensitivity to environmental factors such as humidity, temperature, and light limits their commercial applications. Within the scope of this thesis, the integration of cesium (Cs)-based inorganic perovskite quantum dots (QDs) with three-dimensional (3D) perovskite films is investigated. Four different interface materials with CsPbBr3-xIx composition (CsPbBr3, CsPbBr2.5I0.5, CsPbBr2.0I1.0, CsPbBr1.5I1.5) are studied for their effects on perovskite films. This study includes the time-dependent analysis of the surface morphology, crystal quality, optical properties, hydrophobic behavior, and charge transfer kinetics of the fabricated perovskite/QDs structures. Furthermore, both pristine and perovskite/QDs hybrid films are subjected to stability tests in controlled atmosphere, ambient conditions, and thermal stress to assess their long-term stability performance. The results indicate significant improvements in both optoelectronic properties and film stability, with this enhancement being composition-dependent on QDs nanocrystals. In conclusion, this study introduces a potential new material approach to address the long-term stability issues of PSCs, representing a significant step towards the commercialization of perovskite devices.