Boya duyarlı güneş pillerinde makro halkalı tetra pirollerin etkisi
The effect of macrocyclic tetrapyrroles on the dye sensitizied solar cells
Yazar: OSMAN GÜRBÜZ
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA OKUTAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Fotovoltaik piller = Photovoltaic cells ; Güneş pilleri = Solar cells

Özet:
Bu tez kapsamında, 3. nesil güneş pilleri arasında yer alan boya duyarlı güneş pillerinin (DSSC) kullanılabilir ve uygulanabilir durumlarının iyileştirilmesi için yeni ve özgün metotlar geliştirilerek bilimsel araştırmalara öncülük edecek bir dizi çalışmalar yürütüldü. Bu bağlamda beş farklı DSSC grubu oluşturuldu. Birinci grup DSSC çalışmasında, metalsiz porfirazin (H2Pz) ve metal katkılı porfirazin (MPz) boyalar elektron üretici olarak kullanıldı. Metal (Zn, Co, Mg ve Ni) türevli porfirazinlerden ZnPz odaklı DSSC'nin fotovoltaik pil verimlilik (PCE) değeri 5.40% ile en iyi ışık hapsedici ve elektron üretici olarak tesbit edildi. Diğer PCE değerleri sırasıyla 2.14%(H2Pz), 2.17%(CoPz), 2.21% (MgPz) ve 2.81% (NiPz) olarak hesaplandı. İkinci grup DSSC çalışmasında, elektrolitin DSSC'den sızdırma problemini gidermek amacıyla iyonik iletken polimerik hidrojel (ICPH) tasarlandı. Bu grup çalışmasında görüldü ki, ICPH-elektrolit ile oluşturulan DSSC'deki fotovoltaik pil performansları, saf elektrolit ile hazırlanan DSSC'lerin pil performanslarından daha iyi olduğu fotovoltaik karakteristik davranışlardan tespit edildi. Üçüncü grup DSSC çalışmasında, GaAs/Au yapısının DSSC'de Pt'ye alternatif bir karşıt elektrot olabileceği Akım-Voltaj karakteristik sonuçlarına göre belirlendi. Dördüncü grup DSSC çalışmasında, fotoanot tabakası olarak kullanılan TiO2 tabakasının elektron transferini iyileştirmek amacıyla, TiO2 katmanına çok katmanlı nanotüp (MWCNT), indirgenmiş grafen oksit (rGO) ve polipirol (Ppy) katkılandırarak karşılaştırılabilir DSSC'ler elde edildi. TiO2+MWCNT fotoanotlu DSSC pil verimliliği 6.48% olarak hesaplanırken, saf TiO2, TiO2+rGO ve TiO2+Ppy yapılı DSSC'lerde fotovoltaik pil verimlilikleri sırasıyla 3.25%, 3.49% ve 4.63% olarak hesaplandı. Beşinci grup DSSC çalışmasında, son zamanlarda yaygın olarak kullanılan organik boyalardan 4,5-diazafluorene grubu boyalar ile fotovoltaik piller oluşturuldu. Pil verimlilikleri 0.50% (metalsiz için) ve 1.43% (Zn türevli için) olarak hesaplandı. İyonik iletken polimerik hidrojelin DSSC'lerde kullanımı, DSSC'lerdeki elektrolitin sızdırma problemini giderdiği ve boyanın tekrardan indirgenmesini sağlamada pozitif bir görev üstlendiği bu tez çalışmasında gösterildi. Ayrıca pil performansını iyileştirmek için fotoanot tabakası olarak kullanılan TiO2 tabakası içine MWCNT katkılandırarak TiO2+MWCNT fotoanot yapılı DSSC'lerin elde edilmesi, DSSC'lerin düşük boyutlardaki davranışını inceleme açısından imkân sağlayacağı öngörülmüştür.

Abstract:
In this thesis, in order to improve dye-sensitized solar cells (DSSC), which is a third-generation solar cell, utilizable and applicable situations new and unique methods have been improved, which will harvest light on scientific improvements. Thus, five different DSSC groups created. In the first group DSSC study, metal free porphyrazines (H2Pz) and metal derived porphyrazines (MPz) dyes has been used as electron producer. Among metalloporphyrazines, ZnPz based DSSC's PCE 5.40% is the best light absorber and electron producer. Others are calculated as 2.14%(H2Pz), 2.17%(CoPz), 2.21% (MgPz) and 2.81% (NiPz). In the second group DSSC study, an ICPH designed in order to solve the problem of leakage of electrolyte from DSSC. The DSSC's PCE that is been produced by using ICPH electrolyte is better than those produced with pure electrolyte, by detecting photovoltaic characteristically behaviors. In the third group, GaAs/Au structure is being used as an alternative counter electrode to Pt for DSSCs. In the fourth group, in order to improve electron transfer of TiO2's layers, while doping multi wall carbon nanotube (MWCNT), reduced graphene oxide (rGO) and polypyrrole (Ppy), mixable DSSCs derived. While DSSCs' with TiO2+MWCNT's PCE measured as 6.48%, pure TiO2, TiO2+rGO and TiO2+Ppy structured DSSCs' PCE measured as 3.25%, 3.49% and 4.63% respectively. In the fifth group, 4,5-diazafluorene groups dyes are used. With the parameters yielded the following cell efficiency of 0.5% (metal free) and 1.43% (Zn based). It's been showed with this thesis that usage of an ICPH in DSSCs, solves the issue of electrolyte leakage and impact positively the process of rereducing the dyes into its original state. Also, it is predicted that TiO2 that is used as photoanode layer to improve cell performance, the PCE of DSSC structure photoanode used TiO2+MWCNT instead of pure TiO2 have provided the opportunity to examine the lower dimensions.