Kararlı perovskit tipi güneş pilleri sentezi
The synthesis of stable perovskite solar cells
Yazar: ECE ÇETİN
Danışman: PROF. DR. İSMAİL BOZ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Güneş pilleri = Solar cells ; Kararlılık = Stability ; Kimyasal kararlılık = Chemical stability ; Perovskitler = Perovskite ; Polietilen glikoller = Polyethylene glycols ; Yarı iletken güneş pili = Semiconductor solar cell

Özet:
Dünyada sınırlı miktarda bulunan fosil yakıtlar gibi yenilenemez enerji kaynaklarının kullanımı, küresel ısınmaya neden olmaktadır. Günümüz teknolojisinde artan enerji talebi ve maliyetleri nedeniyle yenilenebilir enerji kaynakları üzerine yapılan araştırmalar artmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan güneş enerjisi, dünyada en bol miktarda bulunan temiz bir enerji kaynağıdır. Çevreyi kirletmeyen sürdürülebilir bir enerji kaynağıdır. Güneş enerjisi günümüzde küresel enerji kullanımının küçük bir kısmını oluşturmaktadır. Güneş pilleri, güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren cihazlardır. Perovskit temelli güneş pillerinin kararlılık, verimlilik, performanslarındaki artış ve maliyetlerinin azalması ile daha fazla alanda kullanılmaktadır. Bu tez kapsamında, güneş pilini oluşturan her bir katmanın güneş piline olan etkisi incelenmiştir. TiO2 katmanı %40 nem altında, perovskit ile P3HT katmanı kuru atmosfer altında hazırlanmıştır ve tüm katmanlar döndürerek kaplama yöntemiyle kaplanmıştır. Elektron taşıma katmanı olan TiO2 katman sayısı, kaplama hızı ve süresi, TiO2 konsantrasyonunun verime olan etkisi incelenmiştir. Çift kademe kalsine edilen 0,3 M 2 tane (c-TiO2) katmanlarını içeren güneş pili için en yüksek verim elde edilmiştir. Işığı absorplayan malzeme olan perovskitin konsantrasyonu (1,4 mM ve 2,8mM), katman sayısı (1, 2 ve 3), perovskit içine kararlılığı arttırmak amacıyla katkılanan PEG-400, PEG-20000 ve PEG-20000-kloroform malzemelerinin konsantrasyonları (0, 20, 40 ve 60 mg/ml) ve etkileri incelenmiştir. PEG-400'ün kararlılığa etkisi olmadığı, PEG-20000'nin perovksit ile faz ayrımına neden olduğu görülmüştür ve en kararlı güneş pilinin, perovskit katmanına 40 mg/ml PEG-20000-kloroform katkılanan olduğu deney sonuçları ile elde edilmiştir. Boşluk taşıma katmanı olan P3HT'in farklı konsantrasyonları (15, 30 ve 45 mg/ml) çalışılarak güneş pilinin verimine olan etkisi araştırılmıştır. En yüksek verim 15 mg/ml P3HT katmanı ile elde edilmiştir. Elde edilen katmanların analizleri yapılmıştır. En yüksek performans değerleri ve en iyi kararlılık; PEG 20000-kloroform katkılanan perovskit katmanı ile hazırlanan ITO/c-TiO2/c-TiO2/m-TiO2/Perovskit/P3HT/Ag güneş pili yapısı için Jsc 3,572 mA/cm2, FF 41,28 %, Voc 375 mV ve güç dönüşüm verimi 0,55 % olarak elde edilmiştir. Yapılan kararlılık araştırmasında güneş pili ilk 4 gün veriminin %100'ünü korumuş ve 7.  gün verimin %26,4'ünü koruduğu bulunmuştur.

Abstract:
The use of non-renewable energy sources such as fossil fuels, which are limited in the world, causes global warming. Due to the increasing energy demand and costs in today's technology, researches on renewable energy sources are increasing. Solar energy, one of the renewable energy sources, is the most abundant clean energy source in the world. It is a sustainable energy source that does not pollute the environment. Solar energy currently accounts for a small portion of global energy use. Solar cells are devices that convert solar energy into electrical energy. Perovskite-based solar cells are used in more areas with their stability, efficiency, increase in performance and decrease in costs. In this thesis, the effect of each layer that makes up the solar cell on the solar cell was investigated. The TiO2 layer was prepared under 40% humidity, the perovskite and P3HT layer was prepared under a dry atmosphere, and all layers were coated by spin coating method. The number of TiO2 layers, which is the electron transport layer, the coating speed and time, and the effect of TiO2 concentration on the yield were investigated. The highest efficiency was obtained for the solar cell containing 0.3 M 2 number (c-TiO2) layers, which were calcined in double stages. The concentration of perovskite, which is the light absorbing material (1.4 mM and 2.8 mM), the number of layers (1, 2 and 3), the concentrations of PEG-400, PEG-20000 and PEG-20000-chloroform materials added to the perovskite to increase stability (0 , 20, 40 and 60 mg/ml) and their effects were examined. It was seen that PEG-400 did not affect the stability, PEG-20000 caused phase separation with perovskite, and the most stable solar cell was obtained by experiment results in which 40 mg/ml PEG-20000-chloroform was added to the perovskite layer. Different concentrations (15, 30 and 45 mg/ml) of P3HT, which is the space transport layer, were studied and its effect on the efficiency of the solar cell was investigated. The highest yield was obtained with 15 mg/ml P3HT layer. The analyzes of the obtained layers were made.  The highest performance values and the best stability; For ITO/c-TiO2/c-TiO2/m-TiO2/Perovskite/P3HT/Ag solar cell structure prepared with PEG 20000-chloroform doped perovskite layer, Jsc 3,572 mA/cm2, FF 41,28 %, Voc 375 mV and power conversion The yield was obtained as 0.55 %. In the stability research, it was found that the solar cell preserved 100% of its efficiency in the first 4 days and 26.4% of the efficiency in the 7th day.