Ag2S/CU2S/PbS kuantum nokta duyarlı güneş pillerinin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of Ag2S/CU2S/PbS quantum dot sensitized solar cells
Yazar: YAVUZ GÜRBÜZ
Danışman: PROF. DR. SONER ÖZGEN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Güneş pilleri = Solar cells ; Kuantum noktaları = Quantum dots

Özet:
Düşük maliyetli ve nispeten kolay üretim ve yüksek verimlilik beklentisi, fotovoltaik hücre üretiminde kuantum nokta duyarlı güneş pillerini çekici kılmaktadır. Bu tezde, tek tabakalı ve çok tabakalı güneş pillerinin incelenmesi için iki ayrı çalışma yapılmıştır.
Birinci çalışmada Ag2S kuantum noktaları tek tabaka ve üç ardışık tabakalı güneş pilleri, ardışık iyonik tabaka adsorpsiyon ve reaksiyon (SILAR) tekniği kullanılarak üretildi, optik ve elektriksel özellikler açısından araştırıldı. Tandem hücrede üç katmanlı TiO2 kaplaması sırasıyla 5, 4, 3 SILAR çevriminden geçirilmiştir. Tek katmanlı hücrelerin 300-1200 nm bant aralığında UV-vis spektrumlarından, SILAR döngü sayısı arttıkça absorbansın arttığı gözlenmiştir. Tek katmanlı güneş hücrelerine kıyasla, tandem yapılı güneş pilinin absorbans değerinin daha büyük olduğu görülmüştür. Artan SILAR sayısı ile bant aralığının 3,31 eV dan 1,41 eV a düştüğü belirlenmiştir. 100 mW/cm2 güneş simülatörü altında alınan I-V grafiklerinden tek katmanlı hücreler için verimi en yüksek olan numunenin 5 SILAR döngülü güneş pili olduğu görülmüştür. TANDEM güneş pilinin veriminin, tek katmanlı 4 ve 3 SILAR döngülü güneş pillerinden yüksek olduğu ve yaklaşık 5 SILAR döngülü güneş piline eşit olduğu sonucuna varılmıştır.
İkinci çalışmada Ag2S, Cu2S ve PbS kuantum nokta yapılar kullanılmıştır. Bu kuantum nokta yapıların değişik kombinasyonları tek katlı TiO2 üzerine farklı SILAR döngülerinde biriktirilerek elektriksel ve optik özellikleri incelendi.  Bant aralıkları, artan SILAR sayısı ile Cu2S kuantum noktalarla kaplı güneş hücresi için 3,48 eV den 2,85 eV ye, PbS kuantum noktalarla kaplı güneş hücresi için 3,46 eV den 2,15 eV ye düştüğü görülmüştür. TiO2 üzerine Ag2S ile birlikte PbS ve Cu2S kuantum noktalar biriktirilerek 100 mW/cm2 solar simülatör altında I-V ölçümlerinden yapılmıştır. PbS kuantum nokta yapıların Ag2S kuantum nokta yapılar ile birlikte kullanımının verimde azalmaya neden olduğu, Cu2S kuantum nokta yapıların Ag2S kuantum nokta yapılar ile birlikte kullanımın verimde önemli bir artış sağladığı sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Low cost, relatively easy production and the prospect of high efficiency make the quantum dots sensitized solar cells very attractive in photovoltaic cell production. In this thesis, two separate studies were conducted. 
In the first study, Ag2S quantum dots monolayer and three successive layer (tandem) solar cells were produced by using consecutive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) technique and investigated in terms of optical and electrical properties. In the Tandem cell, the three-layer TiO2 coating was cycled to 5, 4, 3 SILAR, respectively. When the Uv-vis spectra of single layer cells in the 300-1200 nm band range were examined, it was observed that the SILAR cycle number increased and the absorbance value of the samples increased. Compared to single-layer solar cells, the absorbance value of the Tandem structured solar cell was found to be greater. With increasing SILAR number, it was determined that the band gap of the solar cells decreased from 3.31 eV to 1.41 eV under the 100 mW / cm2 solar simulator, the I-V graphics of the solar cells were drawn and the highest efficiency was obtained for 5 SILAR cycle solar cells for single layer cells from this graph. It is concluded that the efficiency of tandem solar cell is higher than that of single layer 4 and 3 SILAR cycle solar cells and equal to approximately 5 SILAR cycle solar cells. 
In the second study, Ag2S, Cu2S and PbS quantum dot structures were used in solar cells. Various combinations of these quantum dot structures were collected on single layer TiO2 in different SILAR cycle. The band gap of sample were observed to decrease from 3.48 eV to 2.85 eV for solar cell coated with Cu2S quantum dots and from 3.46 eV to 2.15 eV for solar cell coated with PbS quantum dots with increasing SILAR number. I-V measurements were made under 100 mW/cm2 solar simulator and it was concluded that the use of PbS quantum dot structures together with Ag2S quantum dot structures resulted in a decrease in efficiency, and that the use of Cu2S quantum dot structures together with Ag2S quantum dot structures provides a significant increase in efficiency.