P3HT:PCBM tabanlı heteroeklem organik güneş pillerinin fabrikasyonu ve pentacene malzemesinin güç dönüşüm verimine etkisi
Fabrication of P3HT:PCBM based heterojunction solar cells and the effect of pentacene material the power conversion efficiency
Yazar: ÜMİT ERKEM
Danışman: PROF. DR. MEHMET BİBER
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, aktif tabaka olarak kullanılan P3HT:PCBM karışımını içeren geleneksel katı heteroeklem (BHJ) organik güneş pillerinin fabrikasyonu gerçekleştirildi. İlk aşamada, aseton, 2-propanol ve DI su ile ITO' nun kimyasal temizliği yapıldı. Geleneksel katı heteroeklem (BHJ) organik güneş pilinin fabrikasyonu için PEDOT:PSS çözeltisi ITO yüzeyine dönel kaplama (spin coating) ile 4000 rpm'de 45 saniye boyunca döndürülerek kaplandı ve ardından sıcak tabla (hot plate) üzerinde 5 dakika boyunca 130˚C' de tavlandı. Daha sonra, P3HT:PCBM aktif tabakası 900 rpm'de 50 saniye eldivenli kabin (glove box) içindeki spin coater ile döndürülerek kaplandı ve glove box içindeki hot plate üzerinde 5 dakika boyunca 110˚C' de tavlandı. Son olarak termal buharlaştırma ünitesi kullanılarak P3HT:PCBM aktif tabakası üzerine 100 nm kalınlığındaki alüminyum (Al) kaplandı ve ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al geleneksel BHJ organik güneş pili yapısı birinci referans aygıt olarak elde edildi. Daha sonra elde ettiğimiz referans pilimizde P3HT:PCBM ile Al arasına termal buharlaştırma yöntemi ile 2 nm kalınlığında LiF tabakası kaplandı ve ikinci bir referans pili elde edildi. Son asamada, P3HT:PCBM aktif tabakasına kütlece %0,5, %1 ve %1,5 oranında pentacene malzemesi katkılanarak ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:Pentacene/LiF/Al geleneksel katı heteroeklem (BHJ) organik güneş pili yapısı elde edildi. Elde edilen aygıtlar glove box içinde karanlıkta ve 100 mW/cm2 ışık etkisi altında akım yoğunluğu-voltaj (J-V) ölçümleri yapıldı ve aygıt parametreleri J-V eğrileri ile hesaplandı. Penracene katkılandıktan sonra güneş pilimizin soğurma şiddetinin arttığı, aygıt yapısında LiF kullanılması ve aktif tabakaya pentacene katkılanması ile güç dönüşüm veriminin %0,64'ten %2,65'e çıktığı gözlendi.

Abstract:
In this thesis, fabrication of traditional organic photovoltaics (OPV) were performed which includes mixture of P3HT and PCBM as the active layer. Firstly, the chemical cleaning of ITO was done with acetone, 2-propanol and DI water. After, PEDOT: PSS layer was coated on ITO substrates by spin coating at 4000 rpm for 45 sec. andannealed at 130 ˚C for 5 min on a hot plate in ambient. Subsequently, P3HT: PCBM active layer was coated by spin coating at 900 rpm for 50 sec on top of PEDOT:PSS and annealed at 110 ˚C for 5 min. on the hot plate in glove box. Finally, 100 nm thick aluminum (Al) was coated using thermal evaporation in glove box system and ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al organic solar cells structure were obtained. In addition, pentacene (1%) material was doped into P3HT:PCBM active layer and by the same method ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:pentacene/Al bulk heterojunction organic solar cell structure was obtained. For devices, dark and light current density-voltage (J-V) measurements were performed under 100 mW/cm2 light effect in glove box and device parameters were calculated by J-V curve. After the addition of Penracene, it was observed that the absorption intensity of our solar cell increased and the power conversion efficiency increased from 0.64% to 2.65% with the use of LiF in the device structure and the addition of pentacene to the active layer.