Yüksek verimli perovskite güneş pillerinin üretilmesi, kararlılığının artırılması ve 2 inç2lik modül üretilmesi
High efficiency perovskite solar cellsproduction, stability and 2-inch2 moduleproduction
Yazar: EMRE ASLAN
Danışman: PROF. DR. FEHİM FINDIK
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Kimya = Chemistry ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Tezin İçeriği, Amacı: Güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren (fotovoltaik) aygıtlar, günümüzde enerji ihtiyacının karşılanması için en uygun yollardan biri olarak görülmektedir. Bu nedenle güneş pilleri, üzerinde en çok çalışılan araştırma konularından biridir Bu konuda çalışan birçok araştırmacı, oldukça yüksek güç dönüşüm verimi elde ettikleri perovskite kristal yapısındaki malzemeler ile üretilmiş güneş pillerini geliştirmişlerdir. Perovskit yapının elde edilerek güneş pili üretilmesi için farklı yöntemler mevcuttur. Bu tez çalışmasında CH3NH3PbCl2I3 yapısında üretilen perovskit güneş pillerinin üretimi ve üretilen güneş pillerinin fotovoltaik parametrelerinin ve kararlılıklarının incelenmesi amaçlanmıştır. Perovskit güneş pillerinin üretiminde ışığı geçiren ve iletken bir malzeme olan indiyum kalay oksit (ITO) kaplı camlar cihaz yapısının elektrotlarından biri olarak kullanılmıştır. En bilinen iletken polimerlerden biri olan PEDOT:PSS (poly[3.4-(ethylenedioxy) thiophene] : poly(styrene sulfonate)) cihazların boşluk ileten tabaka malzemesi olarak kullanılmıştır. PEDOT:PSS' in iki görevi vardır; biri pürüzlü olan ITO yüzeyinin düzelmesi için kılıf gibi bir tabaka olması, diğeri ise deliklerin enerji atlayışı için bir basamak olması. Bu katman üzerine, MAI (Methylammonium iodide), PbI2 (Lead iodide) ve PbCl2 (Lead cloride)  hacimsel olarak karıştırılarak; PCBM (Phenyl-C61-butyric acid methyl ester) ise ayrı bir katman olarak döndürmeli kaplama sistemi ile kaplanmıştır. Aygıtın üretim aşamalarının son kısmı olan metal elektrot kaplama işlemi bir vakum kazanı içerisinde bulunan termal buharlaştırma sistemi aracılığı ile sağlanmıştır. Deneysel çalışmalar sonucunda oluşturulan sistem 2 inç2'lik aygıt üretilmesinde kullanılmıştır. Organik güneş pillerinin bozunum ve kararlılıklarını belirlemek için belirli sıcaklık, nem ve ışık etkisi gibi değişkenlerde bir standart oluşturmak amacıyla çalışmalar ve toplantılar yapılarak Uluslararası Organik Fotovoltaiklerin Kararlılığı Zirvesi'nde ISOS test prosedürleri oluşturulmuştur. Bu test prosedürleri, karanlık dış ortam, laboratuvar ortamında yaşlandırma ve ısısal döngü testleri olmak üzere farklı kategorilere ayrılmaktadır. Perovskit güneş pillerinin de kararlılığı incelenirken bu prosedürler takip edilmektedir. Bu tez çalışmasında, üretilen pillerin belirli ISOS prosedürlerine uygun olarak kararlılıklarının incelenmesi amaçlanmıştır. Perovskite güneş pillerinin üretiminde öncelikle kullanılacak ITO' lu camlar temizlenmiş, ve filmler optik özelliklerinin incelenmesi için cam alt tabanlar üzerine elektriksel ve yapısal özelliklerinin incelenmesi için ITO kaplı cam alt tabanlar üzerine büyütülmüştür. Üretilen pillerin kararlılık çalışmaları yapılarak güneş benzetici altında  500 saatlik ölçümleri gerçekleştirilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Perovskit; MAI;  PbI2; PbCl2; Stability; ISOS L-1

Abstract:
Content and Purpose of the Thesis: Devices that convert solar energy into electrical energy (photovoltaic) are seen as one of the most suitable ways to meet energy needs today. For this reason, solar cells are one of the most studied research topics. There are different methods for producing solar cells by obtaining the perovskite structure. In this thesis, it is aimed to produce perovskite solar cells produced in the structure of CH3NH3PbCl2I3 and to examine the photovoltaic parameters and stability of the produced solar cells. In the production of perovskite solar cells, indium tin oxide (ITO) coated glasses, a light-transmitting and conductive material, were used as one of the electrodes of the device structure. PEDOT:PSS (poly[3.4-(ethylenedioxy) thiophene] : poly(styrene sulfonate)), one of the most well-known conductive polymers, was used as a space-conducting layer material for devices. PEDOT:PSS has two tasks; One is that it is a layer like a sheath for smoothing the rough ITO surface, and the other is that the holes are a step for the energy jump. On this layer, MAI (Methylammonium iodide), PbI2 (Lead iodide) and PbCl2 (Lead cloride) were mixed by volume; PCBM (Phenyl-C61-butyric acid methyl ester) is coated with spin coating system as a separate layer. The metal electrode coating process, which is the last part of the production stages of the device, was provided by the thermal evaporation system in a vacuum boiler. The system created as a result of experimental studies was used to produce a 2 inch2 device. In order to determine the degradation and stability of organic solar cells, studies and meetings were held in order to establish a standard for variables such as certain temperature, humidity and light effect, and ISOS test procedures were established at the International Organic Photovoltaics Stability Summit. These test procedures are divided into different categories such as dark outdoor environment, aging in laboratory environment and thermal cycling tests. The purpose of all these procedures is to ensure consistency in comparing results from laboratories participating in the experiment. These procedures are followed when examining the stability of perovskite solar cells. In this thesis, it is aimed to examine the stability of the produced batteries in accordance with certain ISOS procedures. ITO glasses, which will be used primarily in the production of perovskite solar cells, were cleaned in various chemical materials in an ultrasonic bath. The materials to be used were prepared by subjecting them to the necessary processes, and the films were grown on glass substrates to examine their optical properties, and on ITO coated glass substrates to examine their electrical and structural properties. The stability studies of the produced batteries were carried out and 500 hours of measurements were carried out under the sun simulator.
Keywords: Thesis; Perovskit; MAI;  PbI2; PbCl2; Stability; ISOS L-1