Quercetin Cu(II) kompleksi ile duyarlaştırılmış TiO2 tabanlı boya duyarlı güneş pilinin fabrikasyonu ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of sensitized TiO2 based dye sensitive solar battery with quercetin Cu(II)) complex
Yazar: MUSA GÖZEL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ CİHAT ÖZAYDIN
Batman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Boya duyarlı güneş pilleri (Dye-Sensitized Solar Cell-DSSC) üçüncü nesil güneş pili olup güneş pili türleri içinde çevreye duyarlı ve maliyet açısından avantajlı olmalarına rağmen verimlilik ve kararlılık açısından istenen düzeyde olmamaları en büyük dezavantajlarıdır. Bu dezavantajları DSSC'lerin güneş pili sektöründe söz sahibi olmaları önünde büyük bir problemdir. Bu tez çalışmasında boya duyarlı güneş pillerinde duyarlaştırıcı olarak Quercetin Cu(II) kompleksi kullanılmıştır. Karşılaştırma amacıyla referans pilde duyarlaştırıcı olarak N3 boyası ismi ile bilinen Cis-bis(isothiocyanato) bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylato ruthenium(II) kullanılmıştır. ITO kaplı cam üzerine doctor blade tekniği ile kaplanan TiO2 fotoanotlarının XRD ve SEM ile karakterizasyonu yapılmıştır. XRD sonuçlarından TiO2 fotoanodunun anataz fazında olduğu, SEM görüntülerinden de gözenekli süngerimsi yapıda olduğu ve yaklaşık 30 µm kalınlığında olduğu tespit edildi. Tasarlanan pillerden Quercetin Cu(II) ve N3 boya ile elde edilen Voc,Isc,η değerleri 1,5 AM (100mW/cm2) standart şartlarında sırasıyla Voc:0.6 V, Isc:0.57 mA, η: %0.093 ve Voc:0.76 V,  Isc:1.478 mA, η: %0.199 şeklinde olmuştur. Önceki çalışmalarda N3 boya ile elde edilen en iyi verimin %10 olduğu düşünüldüğünde ideal koşular yaratıldığında Quercetin Cu(II) ile hazırladığımız pilin verimi yaklaşık %5 civarında olacağı tespit edilmiştir. Yaptığımız çalışmada pilin performansını doğrudan etkileyen ikinci bir parametre olan karlılığı açısından incelendi. Altı hafta boyunca haftalık periyotlarla alınan ölçümlerde duyarlaştırıcı olarak Quercetin Cu(II) kompleksi kullandığımız güneş pilinin son derece kararlı bir yapı sergilediğini gözlemlendi.

Abstract:
Dye-sensitized solar cells (Dye-Sensitized Solar Cell-DSSC) are third generation solar cells and although they are environmentally friendly and cost-effective among solar cell types, their biggest disadvantage is that they are not at the desired level in terms of efficiency and stability. These disadvantages are an important problem for DSSCs to have a say in the solar cell industry. In this thesis, Quercetin Cu (II) complex was used as a sensitizer in dye sensitized solar cells. For comparison purposes, Cis-bis (isothiocyanato) bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylato) ruthenium (II), known as N3 Dye, was used as the sensitizer in the reference battery. TiO2 photoanodes coated with doctor blade technique on ITO coated glass were characterized by XRD and SEM. It was determined from the XRD results that the TiO2 photoanode was in the anatase phase and from the SEM images it was porous, spongy, and approximately 30 µm thickness. The values Voc,Isc,η obtained with Quercetin Cu (II) and N3 dye from the designed batteries was Voc:0.6 V, Isc:0.57 mA, η: 0.093% and Voc:0.76 V, Isc:1.478 mA, η: 0.199%, respectively, under the standard conditions of 1.5 AM (100 mW / cm2). Considering that the best efficiency obtained with N3 dye in previous studies was 10%, it was determined that the efficiency of the battery we prepared with Quercetin Cu (II) would be around 5% when ideal conditions were created. In our study, it was examined in terms of stability, a second parameter that directly affects the performance of the battery. It was observed that the solar cell, in which we used Quercetin Cu (II) complex as a sensitizer, displayed an extremely stable structure in the measurements taken in weekly periods for six weeks.