TiO2/ergo nanokompozitlerinin elektrokimyasal sentezi ve CdS kuantum parçacıkları ile dekorasyonunun fotovoltaik özelliklerine etkisi
Electrochemical synthesis of TiO2/ergo nanocomposites and the effect of decoration with CdS quantum dots on the photovoltaic properties
Yazar: EMİR ÇEPNİ
Danışman: PROF. DR. ÜMİT DEMİR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı / Nanomalzeme  Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya = Chemistry ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Üstün optoelektronik özelliklerinden dolayı son yıllarda kapsamlı bir şekilde araştırılmakta olan TiO2 malzemesinin, fotovoltaik etkilerinin arttırılması amacı ile TiO2/ERGO ve TiO2/ERGO/CdS nanokompozitleri sentezlendi. TiO2/ERGO nanoyapıları FTO kaplı cam yüzeyinde aynı çözeltiden ve sabit tek potansiyelde elektrokimyasal yöntemle biriktirildi. Titanyum kaynağı olarak TiOSO4 tuzu içeren çözelti kullanıldı ve GO karışımıyla birlikte -1400 mV'ta 1 saatlik depozisyon sonrasında ara tür olan TiO(OH)2/ERGO formu elde edildi. TiO(OH)2 formu 600°C'de 4 saat tavlanarak TiO2 anataz kristal yapısına dönüştürüldü. Kompozit malzemenin yapısal, morfolojik, optiksel ve fotoelektrokimyasal karakterizasyonu yapılarak elektrokimyasal teknik ile başarılı bir şekilde sentezlenebildiği kanıtlandı. Yapay güneş ışığı altında yapılan fotoakım yoğunluğu ölçümleri, kompozit malzemenin sadece TiO2'e oranla daha fotoaktif olduğunu ve güneş pillerinde fotoanot olarak kullanılabileceğini gösterdi. Kompozitin fotovoltaik etkilerinin geliştirilebilmesi için ile yüzeyi CdS kuantum parçacıkları ile dekore edildi. Dekorasyon işleminde ko-depozisyon, SILAR ve elektrokimyasal tabaka depozisyonu yöntemleri kullanıldı. Yapılan fotoakım yoğunluğu ölçümleri ile en iyi yöntem ve bu yönteme ait optimum şartlar belirlendi. CdS dekore edilen FTO/TiO2/ERGO elektrotları XRD, XPS, EDS, EIS, SEM, UV-VIS teknikleriyle karakterize edildi ve FTO/TiO2/ERGO/CdS nanokompozit yapısının başarılı bir şekilde sentezlenebileceği görüldü. TiO2/ERGO nanokompozitlerinin yapılan elektrokimyasal fotoakım ölçümleriyle CdS dekorasyonu sonrasında fotoakım yoğunluğunda dikkati çeker bir artış tespit edildi. Son aşamada FTO/TiO2/ERGO/CdS elektrotların QDSSC'lerde kullanabilecek şekilde Na2S + Na2SO3 elektrolitinde fotokorozyona uğramadığı ve fotokatalitik özelliklerinin iyileştirildiği belirlendi.

Abstract:
In order to increase the photovoltaic effects of TiO2 material, which has been investigated extensively in recent years due to its superior optoelectronic properties, TiO2/ERGO and TiO2/ERGO/CdS nanocomposites were synthesized. TiO2 / ERGO nanostructures were deposited on the FTO coated glass surface from same solution and constant single potential by electrochemical method. The TiOSO4 salt-containing solution as the titanium source was used with the GO mixture and TiO(OH)2/ERGO, which is the intermediate form, was obtained after 1 hour deposition at -1400 mV. TiO(OH)2/ERGO form was converted to TiO2 anatase crystal structure by annealing at 600°C for 4 hours. The structural, morphological, optical and photoelectrochemical characterization of the composite material has been proven to be successfully synthesized by the electrochemical technique. Photocurrent density measurements under artificial sunlight showed that the composite material was more photoactive than TiO2 and can be used as a photoanode in solar cells. The surface was decorated with CdS quantum dots in order to improve the photovoltaic effects of the composite. Co-deposition, SILAR and electrochemical layer deposition methods were used for the decoration process. The best method and the optimum conditions for this method were determined with photocurrent density measurements. CdS decorated FTO/TiO2/ERGO electrodes were characterized by XRD, XPS, EDS, EIS, SEM, UV-VIS techniques and it was seen that FTO/TiO2/ERGO/CdS nanocomposite structure could be successfully synthesized. TiO2/ERGO nanocomposites were determined by electrochemical photocurrent measurements and CdS decoration showed a remarkable increase in photocurrent density. In the final stage, it was determined that FTO/TiO2/ERGO/CdS electrodes were not photocorroded in Na2S + Na2SO3 electrolyte and their photocatalytic properties were improved which can be used in QDSSC's.