Naftakinon türevi bileşiklerin boya duyarlı güneş pili performanslarının hesaplamalı incelenmesi /
Yazar: SEÇİL SARI
Danışman: DOÇ. DR. NİHAT KARAKUŞ
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu tez çalışmasında, boyaya duyarlı güneş pillerinde (BDGP) kullanılan 6 tane donör (D)-π-köprü-akseptör (A) tipi 2-Hidroksi-1,4-naftakinon türevleri ve (TiO2)5 komplekslerinin elektronik yapıları, kuantum kimyasal parametreleri ve absorpsiyon spektrumları Yoğunluk Fonksiyonel Teori (DFT) ve Zamana Bağlı Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (TD-DFT) metotları kullanılarak B3LYP seviyesinde teorik olarak çalışıldı. Tüm hesaplamalar Linux tabanlı Gaussian 16 AML64L-Revision-C.01 paket programıyla gerçekleştirildi. Etanol fazındaki hesaplamalar Polarizable Continuum Model (PCM) kullanılarak aynı teori seviyesinde gerçekleştirildi. Hesaplamalarda, her bir boya ve (TiO2)5 kompleksleri için BDGP tasarlamasında kullanılan ve fotovoltaik açıdan önemli olan, EHOMO ve ELUMO enerji değerlerine bağlı olarak elde edilen kuantum kimyasal parametreler belirlendi. Çalışılan duyarlaştırıcı boyaların BDGP'lerinin performansına  π -köprüsü olarak görev yapan fenil halkasına bağlı elektron salıcı 
(-CH3, ve -OCH3) ve çekici grupların (-Cl ve -Br) etkisi değerlendirildi. Sonuçlar 
π -köprüsüne bağlı elektron salıcı grupların fenil halkasındaki konjugasyonu artırdığı ve HOMO-LUMO enerji farkını azalttığını gösterdi.  Elektron salıcı grupları içeren 
2-Hidroksi-1,4-naftakinon türevlerinin BDGP'lerin performansını artırdığı ve BDGP'lerinin tasarımında tercih edilebileceği belirlendi. Deneysel olarak elde edilen ve BDGP'lerin performansının tanımlanmasında kullanılan kısa devre akım yoğunluğu (Jsc), açık devre gerilimi (Voc), dolum faktörü (FF), fotovoltaik dönüşüm verimleri (PCE) fotovoltaik parametrelerle hesaplamalı sonuçlar karşılaştırıldı ve değerlendirildi. Ek olarak, TiO2 yarı iletken yüzeyine elektron enjeksiyonunun değerlendirilmesinde önemli olan enerji değerleri ve parametreler hesaplandı. 
Sonuçlar elektron çekici bağlı gruplarla karşılaştırıldığında elektron salıcı bağlı grupların daha iyi fotovoltaik parametreler sağladığı gösterdi. Elde edilen mevcut deneysel ve hesaplamalı veriler arasında iyi bir uyumun olduğunu gösterdi.

Abstract:
In this thesis work, using the density functional theory (DFT) and time-dependent DFT (TD-DFT) method by B3LYP at 6-31G(d,p) basis set level, theoretically were studied the electronic structures, quantum chemical parameters and absorption spectra of the six donor-π- bridge-acceptor (D-π-A) dyes based on 2-Hydroxy-1,4-naphthoquinone derivatives used for dye sensitized solar cells (DSSCs) and their (TiO2)5 complexes in the gas phase and ethanol. All theoretical calculations were performed by using Lunix-based Gaussian 16 AML64L-Revision-C.01 program package. Calculations in the etanol phase were carried out at the same Theory Level as Polarizable Continuum Model (PCM). In the calculations, quantum chemical parameters, which are obtained depending on the EHOMO and ELUMO energy values used in the design of DSSCs for each dye and (TiO2)5 complexes which are important in terms of photovoltaics, were determined. The effects of electron-donating (-CH3, and -OCH3) and electron-withdrawing (-Cl and -Br) groups connected to the phenyl ring, which act as a π-bridge, on the DSSCs performance of the studied sensitizing dyes were evaluated. The results showed that electron-donating groups attached to the π-bridge increased the conjugation in the phenyl ring and decreased the HOMO-LUMO energy difference (ΔE). It was determined that 2-Hydroxy-1,4-naphthoquinone derivatives containing electron-donating groups increased the DSSCs performance and could be preferred in DSSCs design accordingly. Computational results were compared and evaluated with short circuit current density (JSC), open circuit voltage (VOC), fill factor (FF), and photovoltaic conversion efficiencies (PCE) photovoltaic parameters, which were determined experimentally and used to determine DSSCs performance. In addition, the energy values and parameters that are important in the evaluation of electron injection on the TiO2 semiconductor surface were calculated.
Results showed that electron-donating substitutions provide better photovoltaic parameters compared to electron-withdrawing ones. Obtained computational results indicate there is o good agreement between the available experimental and computational data.