Kadmiyum ve kurşun kalkojen kuantum nokta- çekirdek/kabuk kuantum nokta temelli güneş hücrelerinin araştırılması
Investigation of solar cells based on cadmium and lead cahalcogenide quantum dot- core/shell quantum dot
Yazar: SELÇUK BİRDOĞAN
Danışman: PROF. DR. MEVLÜT KARABULUT
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez çalışmasında farklı organik/inorganik iyonik sıvıların PbX ve CdX (X =Te, Se, S) Quantum Dot (QD) temelli güneş hücrelerinin verimleri üzerine etkileri araştırıldı. Çalışma beş ana basamaktan oluşmaktadır. Bunlar sırasıyla; QD'lerin
sentezi, TiO 2 alt taban yapılması, QD'lerin ligand değiştirilmesi, iyonik sıvıların hazırlanışı ve güneş hücresi (GH) üretimi olarak belirlenmiştir. Tez kapsamında 7 farklı QD, 3 inorganik ve 2 organik içerikli özgün iyonik sıvılar sentezledik. Sentezlenen QD'ler XRD, SEM, TEM, FT-IR, UV-vis ve PL ölçümleri ile karakterize edildi. CdX QD'lerin boyutları 0,7-4 nm aralığında iken PbX QD'lerin boyutlarının 12-16 nm aralığında olduğu görülmüştür. UV-vis spektrumlarından sentezlenen QD'lerin yasak enerji aralıkları 2.05-3.01 eV aralığında bulundu. QD'ler üzerinde 2-Mercaptopropionic asit kullanılarak ligand değişikliği yapıldı ve kimyasal banyo tekniği kullanılarak QD'ler ile TiO 2 arasında p-n eklemleri oluşturuldu. Sandvic yapıdaki güneş hücresi tasarımında redox tepkimesi için sentezlediğimiz
iyonik sıvıları kullanarak en ideal malzeme seçimi yapıldı. Organik içerikli iyonik sıvılar ile alkil guruplarını (R: CH 4 gibi) arttırarak, TiO 2 yüzeyinde modifiye edilen ligandların thiol (SH) bağları ile elektron geçişlerini arttırma yoluna gidildi. Çekirdek kabuk yapı oluşturularak elektronların valans bandından iletkenlik bandına geçişlerinin kolaylaşması sağlandı. 5 farklı İyonik sıvı ile 7 farklı QD ile toplamda 35 adet güneş hücresi oluşturuldu. İyonik sıvıların güneş
hücreleri üzerindeki etkileri GH parametreleri hesaplanarak değerlendirildi. CdSe QD ile AY1 iyonik sıvısı kullanılarak yapılan GH verimi %7.426, PbSe QD ile 960 organik iyonik sıvısı kullanılarak yapılan GH verimi %8.257 ve CdSe/CdS
çekirdek/kabuk QD ile 960 organik iyonik sıvısı kullanılarak yapılan GH verimi ise %8.573 olarak belirlendi.

Abstract:
In this dissertation, effects of different organic/inorganic ionic liquids on the efficiencies of PbX and CdX (X = Te, Se) Quantum Dot (QD) based solar cells. This study comprises of five steps: Synthesis of QDs, formation of TiO 2 substrates, realization of ligand exchange in QDs, preparation of ionic liquids, and fabrication of solar cells. We have synthesized 7 different QDs, 3 different ionic liquids (ILs) and 2 different organic ILs. The QDs were characterized by XRD, SEM, TEM, FT-IR, UV-vis and PL measurements. The sizes of CdX QDs were in the 0.7-4 nm interval while PbX QD sizes were in the 12-16 nm range. The band gaps of the QDs, determined from the UV-vis spectra, varied between 2.05 eV and 3.01 eV. Ligand exchange of QDs were realized by 2-Mercaptopropionic acid and TiO 2 -QD pn junction was formed by chemical bath deposition. In the sandwitch structure design of solar cells, the ideal material for the redox reaction was chosen from the ionic liquids that were synthesized. Electron transfer was enhanced through the thiol (SH) bonds of the modified
ligands on the TiO 2 surface by increasing the alkil groups (R:CH 4 ) with organic ionic liquids. Interband transition of electrons was facilitated by the formation of core/shell structures. A total of 35 solar cells were designeb by 5 different ILs and 7 organic ILs. The effects of ionic liquids on the solar cell performances was evaluated by calculating the solar cell parameters. The efficiencies of the solar cells fabricated with CdSe QD and AY1 oranic IL, PbSe QD and 960 organic IL, CdSe/CdS core/shell structure and 960 IL were found to be 7.426%, 8.257% and 8.573%, respectively.