Boya duyarlı güneş gözelerinde karşıt elektrot olarak kullanılan tek tabaka grafen üzerinde büyütülmüş CuInSe2 ince filmlerinin karakteristiklerinin incelenmesi
Investigation of the characteristics of CuInSe2 thin films on a single layer graphene used as a counter electrode in dye-sensitized solar cells
Yazar: ADEM AKDAĞ
Danışman: DOÇ. DR. ERDAL SÖNMEZ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MÜCAHİT YILMAZ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Amaç: Bu çalışmada, Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) yöntemi ile tek tabaka grafen oluşturulması, kalkopirit ailesinden CuInSe2 (CIS) ince filmin elektrokimyasal olarak üretilmesi ve boya ile duyarlılaştırılmış güneş gözesinde (BDGG) karşıt elektrot olarak kullanılması amaçlanmıştır.
Yöntem: CIS ince filmleri 60 s, 120 s, 240 s, 360 s, 480 s ve 600 s gibi farklı zamanlarda elektrokimyasal yöntemle -0,67 V potansiyel altında üretilmiştir. Fotoelektrot olarak kullanılacak olan TiO2 ince film, yarıiletken bir tabaka olacak şekilde FTO kaplı cam üzerinde Doktor Blade yöntemi ile hazırlanmıştır. Bu fotoelektrotlar, N719 kimyasal boyayla kaplanmıştır. Solüsyon şeklinde bir elektrolit çözeltisi hazırlanmıştır.
Bulgular: Yapılan XRD, Raman, AFM ve SEM analizleri sonucunda CIS ince filmlerin üretildiği ispatlanmıştır. Ardından hazırlanan bileşenler uygun şekilde bir araya getirilerek BDGG hazırlanmıştır. Üretilen gözelerin akım-voltaj (J-V) karakteristik ölçümleri 1000 W/cm2 ışık yoğunluklarında yapılmıştır. Yapılan çalışmada güneş gözesi olarak en iyi verim Jsc  = 11,88 mA/cm2, Voc = 0,695 V, F.F. = 0,537 ve η = % 4,44 480 s süre ile üretilen ince filmden elde edilmiştir. Daha sonra bu güneş gözesinin verimini arttırmak için CVD yöntemi ile üretilen tek tabaka grafen kullanılmıştır. CVD metodu ile üretilen tek tabaka grafen FTO üzerine aktarılmıştır. Bu yapının üzerine elektrokimyasal yöntem ile 480 s süresince -0,67 V'luk potansiyel altında CIS ince filmi oluşturulmuştur. 
Sonuç: Bu çalışma sonucunda CIS/Grafen/FTO yapısı elde edilmiştir. Yapılan güneş gözesi karakteristikleri ile bu yapının BDGG olarak verimi CIS ince filme göre daha iyi olduğu Jsc  = 14,63 mA/cm2, Voc = 0,706 V, F.F. = 0,565 ve η = % 5,83 sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Purpose:  In this study, it is aimed to grow single layer graphene by Chemical Vapor Deposition (CVD) method, to produce CuInSe2 (CIS) thin film from chalcopyrite family electrochemically and to use it as counter electrode in dye sensitized solar cell (BDGG). 
Method: CuInSe2 (CIS) thin films were produced at different times such as 60 s, 120 s, 240 s, 360 s, 480 s and 600 s by electrochemical method under -0.67 V potential. TiO2 thin film to be used as photoelectrode was prepared as a semiconductor layer on FTO coated glass by doctor blade method. These photoelectrodes are coated with N719 chemical paint. An electrolyte solution was then prepared in the form of a solution.
Findings: As a result of XRD, Raman, AFM and SEM analyzes, it has been proved that the CIS thin film is produced. Subsequently, DSSC was prepared by combining the prepared ingredients properly. Current-voltage (J-V) characteristic measurements of the produced cells were made at 1000 W/cm2 light intensity. In the study, the best efficiency as a solar cell was Jsc=11.88 mA/cm2, Voc=0.695 V, F.F.=0.537 and η=4.44 % was obtained from thin film produced for 480 s. Later, single layer graphene produced by Chemical Vapor Deposition (CVD) method was used to increase the efficiency of this solar cell. Single layer graphene produced by CVD method was transferred onto FTO. CIS thin film was formed under -0.67 V potential for 480 s by electrochemical method on this structure.
Results: As a result, CIS/Graphene/FTO structure was obtained. With the characteristics of the solar cell made, the efficiency of this structure as DSSC was better than the CIS thin film, Jsc=14.63 mA/cm2, Voc=0.706 V, F.F.=0.565 and η=5.83 % were concluded.
Keywords: Dye-Sensitized Solar Cells, Electrochemical System, Graphene, Counter Electrot, Nanocomposites, Chalcopyrite, CuInSe2 (CIS).