PCDTBT tabanlı organik güneş gözelerinin üretimi ve karakterizasyonu
The production and characterization of PCDTBT-based organic solar cells
Yazar: MERVE KURTAY
Danışman: DOÇ. DR. KADİR GÖKŞEN ; DOÇ. DR. ÖZGE TÜZÜN ÖZMEN
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada Gümüş/n-tipi Silisyum/poly[N-9′-heptadecanyl-2,7–carbazole–alt-5,5-(4′,7′-di–2–thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole:[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester/Altın (Ag/n-Si/PCDTBT:PC61BM/Au) organik metal-polimer yarıiletken Schottky bariyer diyotları, polimer arayüz olarak %66:%34, %50:%50 ve %20:%80 oranlarında PCDTBT:PC61BM karışımı kullanılarak üretilmiştir. Üretilen diyotların 240 - 350 K sıcaklık aralığında akım-voltaj ölçümleri yapılarak, idealite faktörü (n), doyum akımı (I0) ve potansiyel bariyer yüksekliği (ϕ0) değerleri hesaplanmıştır. Bu sıcaklıklardaki diyot idealite faktörlerinin %66:%34, %50:%50 ve %20:%80 karışım oranları için sırasıyla 2,29-3,82; 1,38-1,53 ve 1,80-2,26 aralıklarında değiştikleri gözlemlenmiştir. Diyotlarda kullanılan karışımların optik özellikleri, %66:%34, %50:%50 ve %20:%80 oranlarına sahip PCDTBT:PC61BM ince filmlerin cam üzerine kaplanmasından sonra 400-1100 nm dalgaboyu aralığında yapılan optik geçirgenlik deneyleri aracılığıyla incelenmiştir. İncelenen filmlerin dolaylı yasak enerji bant aralıklarına sahip oldukları açığa çıkarılmış ve yasak enerji bant aralığı değerleri %66:%34, %50:%50 ve %20:%80 oranları için sırasıyla 1,03; 0,84 ve 0,84 olarak hesaplanmıştır. Çalışmanın son aşamasında İndiyum Kalay Oksit/PCDTBT:PCBM/Gümüş (ITO/PCDTBT:PCBM/Ag) organik güneş hücreleri %66:%34, %50:%50 ve %20:%80 oranlarında PCDTBT:PC61BM karışımları kullanılarak üretilmiştir. Üretilen güneş hücrelerinin optoelektronik özellikleri 300 °K oda sıcaklığında AM 1.5 güneş radyasyonu altında akım yoğunluğu–voltaj deneyleri aracılığıyla incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda hücrelerden alınabilecek maksimum güç yoğunluğu (Pmaks), dolum faktörü (FF) ve güç dönüştürme verimi (η) değerleri tüm hücreler için hesaplanmıştır. Yapılan hesaplamalar sonucu, %66:%34, %50:%50 ve %20:%80 PCDTBT:PC61BM karışım oranları kullanılarak üretilen güneş hücrelerinin güç dönüştürme verimlerinin sırasıyla % 0,39, % 0,57 ve % 0,85 olduğu açığa çıkarılmış ve güneş hücrelerindeki PC61BM oranının artırılmasının hücre verimini önemli ölçüde artırdığı görülmüştür.
Anahtar sözcükler: PCDTBT, PCBM, güneş hücresi, elektriksel karakterizasyon, optik karakterizasyon

Abstract:
In this study, Silver/n-type Silicon/poly[N-9′-heptadecanyl-2,7–carbazole–alt-5,5-(4′,7′-di–2–thienyl-2′,1′,3′-benzothiadiazole:[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester/Gold (Ag/n-Si/PCDTBT:PC61BM/Au) organic metal-polymer semiconductor Schottky barrier diodes were produced by using PCDTBT:PC61BM mixtures with percentage ratios of %66:34%, 50%:50%, and 20%:80% as a polymer interface. The ideality factor (n), saturation current (I0) and potential barrier height (ϕ0) values of the produced diodes were investigated by employing Current-Voltage measurements in the temperature range of 240 – 350 °K. The ideality factors for %66:%34, %50:%50, and %20:%80 mixture ratios were found to vary between 2,29-3,82; 1,38-1,53 and 1,80-2,26, respectively.The optical properties of the mixtures used in the diodes were investigated by transmission measurements in the wavelength range of 400-1100 nm after coating of PCDTBT:PC61BM thin films with mixture ratios of 66%:34%, 50%:50%, and 20%:80% on a glass substrate. The forbidden band gap for the investigated films were found to be indirect in nature and the band gap energy values were found to be 1,03; 0,84 ve 0,84 eV for films with the ratios %66:%34, %50:%50, and %20:%80, respectively. In the final stage of the study, Indium Tin Oxide/PCDTBT:PC61BM/Silver (ITO/PCDTBT:PC61BM/Ag) organic solar cells were produced by using 66%:33%, 50%:50%, and 20%:80% PCDTBT: PC61BM mixture ratios. The optoelectronic properties of the produced solar cells were investigated by employing Current Density-Voltage measurements at 300°K room temperature under AM 1.5 solar radiation. As a result of the analysis, maximum power density (Pmax), fill factor (FF) and power conversion efficiency (η) values were calculated for all of the produced cells. As a result of calculations, solar power conversion efficiencies of 0.39%, 0.57% and 0.85% were calculated for the cells having 66%:34%, 50%:50%, and 20%:80% PCDTBT:PC61BM mixture ratios. It was also revealed that the increase of percentage ratio of PC61BM in solar cells significantly increased cell power conversion efficiency.
Keywords: PCDTBT, PC61BM, solar cell, electrical characterization, optical characterization