Metal nanoparçacıklarla katkılanmış iletken polimerlerle, organik güneş hücrelerinin geliştirilmesi
Development of solar cells with metal nanoparticle doped conducting polymers
Yazar: NESRİN TÖRE
Danışman: PROF. DR. SAVAŞ BERBER
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada metal nano-parçacıkların yığın heteroeklem yapıdaki organik güneş hücrelerindeki etkileri sistematik deneysel çalışmalar ile incelenmiştir.
Öncelikle gümüş (Ag) nano parçacıkların organik fotovoltaik cihazın foto-aktif katmanına katkılanması ile hücre verimlilik değerlerinin arttığı gözlemlenmiştir. Bu artışın, kullanılan nanoparçacık konsantrasyonuna göre değişimi ve nano parçacık içeren yapının absorbansı, yüzey özellikleri, empedans değeri ve çalışma ömrü ile ilgili veriler referans yapı ile karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. %1 oranında nano parçacık ihtiva eden hücrelerin verim artışının saçılma ve yerelleşmiş yüzey plazmon resonansı etkileri ile absorbas değerindeki artıştan kaynaklandığı değerlendirilmiştir. Daha sonra, gümüş (Ag)  nano parçacıkların PCDTBT tabanlı güneş hücrelerinin fotoaktif katmanına katkılanması sayesine hücre verim değerlerinin değişimi incelenmiştir. Foto-aktik tabakaya katkılanan gümüş nano parçacık (%0,7 oranında) yapısının hücre verimini arttırdığı gözlemlenmiştir. Nano parçacık içeren yapının absorbansı, yüzey özellikleri, empedans değeri gibi fiziksel nicelikleri incelenmiştir. Verim değerindeki artışın saçılma ve yerelleşmiş yüzey plazmon polariton etkileri sayesinde artan absorbans değerinden kaynaklandığı sonucuna ulaşılmıştır. Nano parçacıkların verimliliğe olan olumlu etkisi ikinci deney kapsamında üretilen tersine çevrilmiş yapıdaki güneş hücrelerinde de gözlemlenmiştir. Üçüncü deneysel çalışma kapsamında altın (Au) nano parçacıkların, hol iletken tabakaya katkılanması ile verim değerinde artışa sebep olduğu gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçların IPCE dataları ile uyumlu sonuçlar ürettiği gözlemlenmiştir. Son olarak dördüncü deney kapsamında altın nanorod yapıların hol iletken tabakaya katkılanması ile hücre verimliliğinin arttığı gözlemlenmiş ve elde edilen sonuçların IPCE dataları ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir.
Sistematik olarak gerçekleştirilen bu dört deney çalışmasında farklı aktif polimer malzemeler kullanılmıştır. Metal nano parçacıklar ile katkılanmış güneş hücrelerinin performans verileri ve analiz çalışmaları, nano yapıların hücrelerin verimlilik ve dayanıklılık özelliklerini pozitif yönde etkilediğini göstermiştir.

Abstract:
In this study, the effects of metal nanoparticles on organic bulk heterojunction solar cells were investigated by systematic experimental studies. 
Firstly, it has been observed that cell efficiency values are enhanced by the incorporation of silver (Ag) nanoparticles into the photo-active layer of the organic photovoltaic device. This increase was analyzed caomparatively according to the concentration of the nanoparticle used and the absorbance, surface properties, impedance value, and service life of the nanoparticle-containing structure compared with the given reference structure. It has been estimated that the increase in efficiency of cells containing 1% nanoparticles is due to the scattering and localized surface plasmon resonance effects and the increase in absorbance value. Subsequently, cell efficiency changes were investigated by incorporating silver (Ag) nanoparticles into the photoactive layer of PCDTBT-based solar cells. It was observed that the  silver nanoparticle doped (0.7%) structure of the photoactivity layer was increases cell efficiency. The physical quantities such as the absorbance of the nano-particle-containing structure, the surface properties, and the impedance value were investigated. The result of the increase in efficiency is due to increased absorbance due to scattering and localized surface plasmon polariton effects. The positive effect of nanoparticles on efficiency was also observed in the inverted solar cells produced in the second experiment. In the third experimental study, it was observed that gold (Au) nanoparticles increased the efficiency value by doping into the hol conducting layer. It has been observed that the results obtained are consistent with the IPCE data. Finally, in the fourth experiment, it was observed that the cell efficiency increased with the doping of the gold nanorod structures into the hol conducting layer, and the results were observed to be consistent with the IPCE data. 
In these four systematic experiments, different active polymer materials were used. Performance data and analysis studies of metal nanoparticle-doped solar cells have shown that nanostructures affect the efficiency and durability properties of cells positively.