Metal katkılı tio2 bileşenli boya duyarlı güneş hücrelerinin (DSSCs) üretimi ve parametrelerinin belirlenmesi
Fabrication of metal doped tio2 based dye sensitized solar cells (DSSCs) and determination of their photovoltaic parameters
Yazar: ALİ UĞUR
Danışman: DOÇ. DR. ARİFE GENÇER İMER
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, iki farklı metot ile oluşturulan katkılı anotlar kullanılarak boya duyarlı güneş hücreleri üretildi.  Birinci sette (DSSC1) MIL-101(Cr), ikinci sette (DSSC2) nano-MIL-101(Cr) metal-organik kafes (MOF) yapıları ile katkılanan numuneler DSSC yapısında foto-anot olarak kullanılıp, katkılamanın pilin verimine etkisi incelendi. Öncelikle filmlerin fiziksel özelliklerini belirlemek için cam alttaş ve DSSC uygulamasında foto-anot olarak kullanmak için FTO üzerine kaplanan saf ve katkılı filmler sol-jel metodu ile kaplandı. Filmlerin kristal yapısı ve tanecik boyutları X ışını kırınımı (XRD) cihazı ile, filmlerin yüzey morfolojisi Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile, optik özellikleri UV-Vis spektrometresi ile incelendi. XRD yardımıyla filmin polikristal TiO2 (anataz ve rutil fazda) yapıda olduğu kaydedildi. Üretilen nano- MIL101(Cr), MIL101(Cr) katkılı ve saf TiO2 ince filmlerin optik bant aralığı sırasıyla 3.131, 3.269 ve 3.245 eV olarak hesaplandı. Fiziksel özellikleri tanımlanan FTO üzerine kaplanan filmler ile üretilen DSSC setlerin fotovoltaik parametreleri açık devre gerilimi (Voc), kısa devre akımı (Isc), dolum faktörü (FF) ve verimi (ɳ) belirlemek için ışık altında I-V ölçümleri alındı.  Çalışılan nano-MIL101@DSSC2 pilin verim değeri, referans pilinden 1.71 kat, MIL101@DSSC1 pilin verimi referans pilden 2.65 kat yüksektir. Bu sonuçlar, MIL-101 ve nano-MIL-101 molekülü ile katkılamanın pilin verimine olumlu etkisini gösterir. Bunun nedeni MOF yapılı molekülün hem elektronik geçiş olasılığını hem de gözenekli yapısı ile duyarlaştırıcı boyanın tutunacağı yüzey alanını artırması olarak izah edilebilir.

Abstract:
In this thesis, dye sensitized solar cells (DSSCs) were produced with photoanodes doped with metal-organic frameworks of MIL-101(Cr) in the first set (DSSC1) and nano-MIL-101(Cr) in the second set (DSSC2) used as photoanodes in the DSSC structure. The effect of doping on the efficiency of the solar cell was investigated. First of all, pure and doped films were deposited by the sol-gel method on glass substarate to determine the physical properties of the films, and on FTO to be used as a photoanode in DSSC application. The crystalographic structure of the films were examined by X-ray diffraction (XRD), the surface morphology of the films by Scanning Electron Microscopy (SEM), and their optical properties by UV-Vis spectroscopy. It was recorded by XRD that the film was in polycrystalline structure of TiO2 (anatase and rutile phase). The optical band gap of the produced pure and nano-MIL-101(Cr), MIL-101(Cr) doped TiO2 thin films were calculated as 3.131, 3.269 and 3.245 eV, respectively. After that, I-V measurements were taken under illumination to determine the photovoltaic parameters such as open circuit voltage (Voc), short circuit current (Isc), fill factor (FF) and efficiency (ɳ) of the DSSC's devices. The η value of the studied nano-MIL101@DSSC2 device is 1.71 times higher than that of reference one, and the η value of MIL101@DSSC1 device is 2.65 times higher than that of the reference one. These results confirm the improvement in the efficiency of DSSC device by the doping with MIL-101 and nano-MIL-101 molecules. The reason of this accounts for inducing both the electronic transition probability and the immersed area of sensitized dye due to its porous structure.