Hibrit perovskit güneş gözelerinin ultrasonik sprey piroliz yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of hybrid perovskite solar cells by ultrasonic spray pyrolysis method
Yazar: SALİH AKYÜREKLİ
Danışman: DOÇ. DR. MURAT KALELİ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Perovskitler = Perovskite

Özet:
Son yıllarda fotovoltaik alanda hızlı bir şekilde verimini yükselten perovskit güneş gözeleri (PGG) %24'leri bulan verim değerleri ile ticarileşme yolunda önemli bir adım atmıştır. Ancak bu verim değerlerini elde ederken kullanılan üretim yöntemleri geniş alanlarda göze yapmak için yetersiz kalmaktadır. Bu çalışmada geniş alanlarda üretim yapabilmeyi olanaklı kılan ultrasonik sprey piroliz (USP) yöntemi ile hem cam alttaşlar hem de silisyum plakalar üzerine PGG'ler üretilmiştir. Bu gözeleri üretmek için; şeffaf iletken oksit (FTO-ITO), elektron transfer (TiO2-ZnO), foton soğurucu perovskit (CH3NH3PbI3-xClx) ve hol transfer katmanlarının (P3HT) her birinin USP yöntemi ile üretim parametreleri belirlenmiştir. Yapılan deneysel çalışmalar sırasında yüksek verimli gözeler elde etmek ve tekrarlanabilirliği sağlamak için PGG'de bulunan her bir katmanın yapısal, morfolojik ve optik özellikleri X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ve Uv-Vis spektrofotometresi sitemleri kullanılarak araştırılmıştır. Cam alttaşlar üzerine üretilen PGG'lerde elektron transfer katmanı olarak kullanılan TiO2 filmi için 60 nm ve 90 nm olmak üzere iki farklı tabaka kalınlığının göze verimine etkisi incelenmiştir. TiO2 film kalınlığı 90 ve 60 nm olan PGG'lerde verim değerleri sırasıyla % 0.73 ve % 1.07 olarak bulunmuştur. Silisyum plakalar üzerine PGG üretmeden önce iki farklı solüsyon (KOH - Cu(NO3)2×3H2O) ile plaka yüzeylerine aşındırma işlemi uygulanmış ve ideal aşındırma parametreleri belirlenmiştir. 60 dakika KOH veya 90 dakika bakır nitrat solüsyonu ile aşındırma işleminin uygulandığı silisyum yüzeylerde geniş alanlarda ve homojen aşınmaların oluştuğu belirlenmiştir. Düz ve iki farklı aşındırma yöntemi uygulanmış silisyum plakalar üzerine PGG'ler oluşturulmuş ve aşındırma ile aktif yüzey alanını arttırmanın göze verim değerlerine etkisi belirlenmiştir. Düz silisyum plaka kullanarak oluşturulan PGG'de verim % 0.65 iken, bakır nitrat ile aşındırılan PGG'de %1.05, KOH ile aşındırılan PGG'de %1.06, verim değerlerine ulaşılabilmiştir.

Abstract:
Perovskite solar cells (PGG), which have increased their efficiency in the photovoltaic field in recent years, have taken an important step towards commercialization with efficiency values of 24%. However, the production methods used in obtaining these yield values are insufficient to make it affordable in large areas. In this study, PGGs were produced on both glass substrates and silicon plates with the ultrasonic spray pyrolysis (USP) method, which makes it possible to produce in large areas. To produce these cells; the production parameters of the USP method were determined for each of the transparent conductive oxide (FTO-ITO), electron transfer (TiO2-ZnO), photon absorbing perovskite (CH3NH3PbI3-xClx), and hole transfer layers (P3HT). In order to obtain high-efficiency cells and to ensure reproducibility during the experimental studies, the structural, morphological, and optical properties of each layer in PGG were investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), atomic force microscope (AFM), and Uv-Vis spectrophotometer systems. The effect of two different layer thicknesses, 60 nm, and 90 nm, of the TiO2 film, which is used as the electron transfer layer in PGGs produced on glass substrates on the efficiency, was investigated. The efficiency values of PGGs with TiO2 film thickness of 90 and 60 nm were found to be 0.73% and 1.07%, respectively. Before producing PGG on silicon plates, the surface of the plate was etched with two different solutions (KOH - Cu(NO3)2×3H2O) and the ideal etching parameters were determined. It was determined that large areas and homogeneous etching occurred on the silicon surfaces where the etching process was applied with 60 minutes of KOH or 90 minutes of copper nitrate solution. PGGs were formed on bare and two different etched silicon plates, and the effect of increasing the active surface area by etching on the efficiency of the cell was determined. While the efficiencies were 0.65% in PGG formed using bare silicon plate, 1.05% in PGG etched with copper nitrate, 1.06% in PGG etched with KOH could be reached.