Nb katkılı TiO2 ince filmlerin üretilmesi ve boya duyarlı güneş hücrelerine uygulanması
Production of Nb doped TiO2 thin films and their application to dye sensitized solar cells
Yazar: MELİH ŞENEL
Danışman: PROF. DR. METİN KUL
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Duyarlılık = Sensitivity ; Güneş hücreleri = Solar cells ; Titanyum dioksit = Titanium dioxide ; Yarı iletkenler = Semiconductors

Özet:
Bu tez çalışmasında yenilenebilir enerji kaynaklarından güneş enerjisinin doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülmesinde kullanılan boya duyarlı güneş hücresi, yapısına engelleyici katman eklenerek elde edilmiştir. Engelleyici katman olarak katkısız ve Niyobyum (Nb) katkılı TiO2 ince filmler, FTO kaplı cam taban üzerine daldırarak kaplama yöntemi ile elde edilmiştir. Katkılama, %1, %3, %5 ve %7 hacim oranlarında yapılmıştır. Elde edilen engelleyici katmanların yapısal, optik ve yüzey özellikleri incelenmiştir. Mezogözenekli metal oksit olarak TiO2 film FTO taban üzerinde doktor blade yöntemi ile elde edilmiştir. Mezogözenekli TiO2 (m-TiO2) filmin yapısal, optik ve yüzey özellikleri incelenmiştir. FTO/m-TiO2 film yapısı hazırlanan N719 boya çözeltisine daldırılarak farklı sürelerde en yüksek soğurma gösteren çalışma yapı belirlenmiştir. Belirlenen boyaya daldırma süresi, FTO/Engelleyici katman/m-TiO2 yapısına uygulanmış ve fotoelektrotlar elde edilmiştir. Bu şekilde elde edilen fotoelektrotlarının optik özellikleri incelenmiştir. Karşıt elektrot olarak Pt film, doktor blade yöntemi ile FTO kaplı cam taban üzerinde elde edilmiş, yapısal ve optik özellikleri belirlenmiştir. Fotoelektrot ve karşıt elektrot kapalı hücre yöntemi ile birleştirilerek Nb katkılı boya duyarlı güneş hücresi elde edilmiştir. Boya duyarlı güneş hücresinin AM 1.5 aydınlatma altında I-V ölçümü incelenmiştir. I-V ölçümlerinde, kullanılan engelleyici katmana göre verim değerlerinin değiştiği belirlenmiştir. En yüksek verim %4,68 ile %3 Nb katkılı TiO2 engelleyici katman film kullanılan boya duyarlı güneş hücresinden elde edilmiştir. Yüksek verim, %3 Nb katkılı TiO2 filmin yüksek optik geçirgenliğe ve yüksek yüzey pürüzlülüğüne sahip olması ile ilişkilendirilmiştir.

Abstract:
In this thesis, a dye-sensitized solar cell, which is used in the direct conversion of solar energy from renewable energy sources into electrical energy, was produced by adding a blocking layer to its structure. Undoped and Nb-doped TiO2 thin films as blocking layer were produced by dip coating method on FTO coated glass substrate. Doping was done at 1%, 3%, 5% and 7% volume ratios. The structural, optical and surface properties of the produced blocking layers were investigated. TiO2 film as mesoporous metal oxide was produced on FTO substrate by doctor blade method. The structural, optical and surface properties of the mesoporous TiO2 film were investigated. FTO/m-TiO2 film structure was dipped into the prepared N719 dye solution and the photoelectrode showing the highest absorption at different dipping times was determined. Dye dipping was also applied to the FTO/Blocking layer/TiO2 structure for the specified time, and the photoelectrodes were produced. The optical properties of the photoelectrodes obtained in this way were compared. Pt film as counter electrode was produced on FTO coated glass base by doctor blade method, and its structural and optical properties were determined. A Nb-doped dye-sensitized solar cell was produced by combining the photoelectrode and counter-electrode with the closed cell method. I-V measurement was taken under AM 1.5 illumination. In I-V measurements, it was determined that the efficiency values changed according to the blocking layer used. The highest efficiency with 4.68% was obtained from the dye-sensitized solar cell using 3% Nb-doped TiO2 barrier layer. High efficiency is associated with the high optical transmittance and high surface roughness of the 3% Nb-doped TiO2 blocking layer.