Katıhal perovskite güneş hücrelerinde yük transfer mekanizmalarının açıklanması
Explaining charge transfer mechanisms in solid state perovskite solar cells
Yazar: ALİ KORAY ERDİNÇ
Danışman: PROF. DR. CEYLAN ZAFER
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Yarı iletken güneş pili = Semiconductor solar cell

Özet:
Perovskit güneş hücreleri son yıllarda yaşanan büyük gelişmelerle dikkatleri üstünde toplamıştır. Bu teknolojinin şu anda kullanılan silikon tabanlı güneş hücrelerine göre maliyetinin daha ucuz ve üretiminin kolay üretilebilir olması onları cazip bir duruma getirmektedir.  Perovskit güneş hücrelerinin ticarileşebilmesi için verimlerinin ve stabilitesinin daha da arttırılması gerekmektedir. Bunun için mekanizmalarının daha iyi anlaşılması ve çözüm geliştirilmesi geremektedir. Güneşten gelen fotonların elektriksel yüke çevrilmesi ve bu yükü transfer edilmesi güneş hücreleri için en önemli olaydır. Üretilen hücrelerde yaşanan kayıplar performansı önemli ölçüde düşürmektedir. Hücre içi rekombinasyonlar perovskit içersinde olabildiği gibi elektrot/perovskit arayüzeyleri arasında da meydana gelmektedir. 
Bu tezde yapılan çalışmada PSC'lerinin arayüzlerinde yaşanan kusurlara bağlı yük kayıpları ve bu kayıpların pasifize edilmesi incelenmektedir. Çalışma arayüz iyileştirilmesinde daha önce denenmemiş olan üçlü katyon perovskit ile yapılmıştır. İlk önce FTO cam altlık üzerine TiO2 kaplanarak ve yüksek ısıya maruz bırakılarak elektrotlar hazırlanmıştır. TiO2 elektrot ile perovskit arasındaki arayüz, birinci çalışmada lityum ve ikinci çalışmada pcbm ile kaplanarak pasifize edilmiştir. Hazırlanan filmlerin morfolojisi ve fiziksel durumu AFM, Absorbsiyon Spektrometresi, XRD, XPS gibi optik karakterizasyon yöntemleriyle incelenmiştir. Voc, Isc, FF, PCE gibi J-V ölçümleriyle elde edilen veriler katkısız aygıtlarla karşılaştırılıp sonuçlar tartışılmıştır. Ayrıca hücrelere empedans analizi yapılarak seri, yük transfer ve rekombinasyon dirençleri, difüzyon uzunlukları ve kimyasal kapasitans değerleri hesaplanmıştır.
 Elde edilen veriler sonucunda, arayüze katkılanan malzemeler sayesinde hücrelerin tüm performans verilerinde önemli ölçüde artış görülmüştür. Ortalama olarak %2-3'lük verim artışları elde edilmiştir. Yapılan iyileştirmelerle elde edilen empedans analizlerinde rekombinasyon direncinin arttığı, genelde yük transfer dirençleri azaldığı yada aynı kaldığı, diffüzyon uzunluklarının da arttığı hesaplanmıştır. Tüm bu veriler ışığında üçlü katyon perovskit kullanılan hücrelerin arayüzlerindeki kayıplar azaltılarak mevcut yük transferinin iyileştirilmesi sağlanmıştır. Arayüze lityum katkılı hücrede %17.6 verim, arayüze Pcbm katkılı hücrede %15.4 verim elde edilmiştir.

Abstract:
Perovskite solar cells have attracted attention with the great developments in recent years. The cost of this technology compared to the currently used silicon-based solar cells which is cheaper and easier to produce, making them attractive. In order for Perovskite solar cells to be commercialized, their efficiency and stability need to be further increased. For this reason, a better understanding of the mechanisms and a solution is needed. The conversion of photons from the sun into electrical charges and transferring these charges are the most important event for solar cells. losses in the produced cells greatly reduce performance. Intracellular recombinations may occur in perovskite as well as between electrode / perovskite interfaces.
In this study, the recombination due to defects in the interfaces of PSCs and the passivation of these defects are examined. The study was carried out with triple cation perovskite which has not been tried before in the interface improvement. First, electrodes were prepared by coating TiO2 on FTO glass substrate and sintered at 460⁰C temperature. The TiO2/perovskite interface was passivated with lithium in the first study. Similarly, second study was applicated with Pcbm. The morphology and physical condition of the prepared films were examined by optical characterization methods such as AFM, Absorption Spectrometer, XRD and XPS. The data obtained by J-V measurements such as Voc, Isc, FF, PCE were compared with test devices and the results were discussed. In addition, serial, load transfer and recombination resistances, diffusion lengths and chemical capacitance values were calculated by impedance analysis.
 As a result of the data obtained, a significant increase was observed in all performance data. Average yield increases of 2-3% were obtained. Owing to impedance analyses, it was calculated that the recombination resistance increased, load transfer resistances decreased or remained the same and diffusion lengths increased. In the light of all these data, the losses in the interfaces of the cells using triple cation perovskite were reduced and thus the existing charge transfer was improved. 17.6% yield was achieved from the lithium doped cell and 15.4% yield from the Pcbm doped cell.