Fotovoltaik uygulamalar için karşıt elektrot olarak grafen/polimer nanokompozit üretimi ve performansının incelenmesi
Production and performance of graphene / polymer nanocomposite as a counter electrode for photovoltaic applications
Yazar: ERDAL İĞMAN
Danışman: PROF. DR. ÖNDER ŞİMŞEK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı / Nanomalzeme  Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, CVD (kimyasal buhar biriktirme) yöntemi ile büyütülen tek tabaka grafen ince filmler, plazma polimerizasyon yöntemi sayesinde tiyofen, 1,8-cineol ve d-limonen ile fonksiyonelleştirilmiş ve sırasıyla Gr/PTh, Gr/PLim ve Gr/PPCin nanokompozitler oluşturulmuştur. Sentezlenen bu nanokompozitler alternatif bir karşıt elektrot malzemesi olarak boya duyarlı güneş pillerinde kullanılmış ve fotovoltaik performansı incelenmiştir. CVD ile büyütülen grafen ince filmlerin; Raman, görünür bölge ve mor ötesi (UV-Vis) spektroskopi ve geçirimli elektron mikroskobu (TEM) analizleri ile tek tabakadan oluştuğu tespit edilmiştir. Nanokompozitin diğer bileşeni olan polimerlerin kimyasal yapısı ve fonksiyonel grupları FT-IR analizi ile doğrulanmıştır. Boya ile duyarlaştırılmış güneş pilinde kullanılan TiO2 ince filmlerin, X-ışını kırınım (XRD) deseni ile anataz fazında ve polikristal yapıda olduğu belirlenmiştir. Ayrıca SEM analizi ile yarıiletken ince filmlerin bir boyutlu düzgün morfolojik yapısı gözlenmiş ve tüplerin ortalama çap ölçüleri ortaya konmuştur. Platin içermeyen organik karşıt elektrotların akım yoğunluğu-voltaj (J-V) eğrileri çizilerek, fotovoltaik parametreler hesaplanmıştır. Elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) analizi ile elektrokatalitik akviteleri araştırılmıştır. Boya duyarlı güneş pillerinde, karşıt elektrot olarak Gr/PLim kompozitlerin pil verimleri en yüksek %1,02, Gr/PPCin nanokompozitlerin pil verimleri en yüksek %1,10 ve Gr/PTh nanokompozitlerin ise pil verimleri en yüksek %0,05 olmuştur. Analizler sonucunda, Gr/PLim ve Gr/PPCin karşıt elektrotların güneş pil verimlerinin, platinli pilin verimine (%1,10) yakın değerlerde oldukları ve platine alternatif olabilecekleri tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, single layer graphene thin films, which were growth by chemical vapor deposition (CVD) method, were functionalized with thiophene, 1,8-cineol and d-limonene monomers by plasma polymerization method and Gr/PTh, Gr/PPCin, and Gr/PLim nanocomposites were obtained. These obtained nanocomposites were used as an alternative counter electrode material in dye-sensitized solar cells and their photovoltaic performance was investigated. CVD grown graphene thin films analysed by; Raman and visible region and ultraviolet spectroscopy (UV-Vis), and transmission electron microscopy (TEM) analysis shown a single layer composition. The chemical composition and functional groups of the other component of nanocomposite were confirmed by FT-IR analysis. The TiO2 thin films used as a photoanode in the dye sensitized solar cell were found to be in the anatase phase and polycrystalline with X-ray diffraction (XRD). In addition, one dimensional and arrays morphological structure of semiconductor thin films was observed with SEM analysis and the average diameters of tubes were determined. Drawing the current density-voltage (J-V) curves of platinum-free organic counter electrodes; photovoltaic parameters were calculated. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis and electrocatalytic activities were investigated. In dye sensitive solar cells, efficiencies of Gr/ PLim composites as counter electrodes were highest 1.02%, efficiencies of Gr/PPCin nanocomposites were highest 1.10% and efficiencies of Gr/PTh nanocomposites were highest 0.05%. As a result of the analysis, it was determined that the efficiencies of Gr/PLim and Gr/PPCin as counter electrodes were close to that of platinum (1.10%) and could be as alternative materials to it.