Ftalosiyanin temelli fotosensörlerin boya duyarlı güneş hücreleri uygulamaları
The applications of phthalocyanine-based photosensors in dye-sensitive solar cells
Yazar: AYŞE KOCA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULCELİL YÜZER
Tarsus Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Kimya = Chemistry ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Enerji üretimi = Energy generation ; Ftalosiyaninler = Phthalocyanines ; Güneş pilleri = Solar cells ; Sensörler = Sensors ; İmidazoller = Imidazoles

Özet:
Ftalosiyaninler, 4 izoindol ünitesinden oluşan 18-π elektron sistemine sahip 8 azot ve 8 karbon içeren aromatik makrosilik bileşiklerdir. Halkadaki π elektronlarının delokalizasyonu moleküllerin ışık absorblama kapasitelerinin arttırır. Yapının azot atomları ile çevrili olmasından termal kararlılığı yüksektir. Ayrıca kimyasal kararlılığı ve uygun dalga boyundaki (600-800 nm) absorblama kapasitesinden farklı kullanım alanları bulmuştur. Ftalosiyaninler, özellikle fotovoltaik uygulamalarda tercih edilen moleküllerdir. Ancak, moleküller arasındaki güçlü π-π etkileşimleri, agregasyona neden olarak güneş hücrelerinin verimini etkileyebilir. Bu nedenle, ftalosiyaninlerin agregasyonu önlemek ve güneş hücrelerindeki verimlerini artırmak için ışık absorblama kapasitesi ve agregasyon gibi parametrelerin optimize edilmesi gerekmektedir. Bu yüksek lisans çalışmasında, farklı fonksiyonel gruplar içeren ve fotosensör olarak kullanılan ftalosiyanin moleküllerinin yapılarında kaboksilik asit (COOH) bağlayıcı grubuna alternatif olarak imidazol grubu bulunan çeşitli ftalosiyanin türevleri sentezlenmiştir. Bu türevlerin elektrokimyasal ve fotofiziksel özellikleri karakterize edilmiş ve karşılaştırılmıştır. Ayrıca sentezlenen bu türevler, boya temelli güneş hücrelerinde fotosensör olarak kullanılarak fotovoltaik performansları incelenmiştir. Bu çalışmada, imidazol grubu içeren farklı ftalosiyanin türevleri sentezlenmiştir. Bu türevler, kaboksilik asit (COOH) bağlayıcı grubuna alternatif olarak kullanılmıştır. Sentezlenen türevlerin elektrokimyasal ve fotofiziksel özellikleri incelenerek karşılaştırılmıştır. Bu karakterizasyon çalışmaları, moleküllerin elektronik ve optik özelliklerini anlamak için yapılmıştır. Ayrıca, sentezlenen ftalosiyanin türevleri, boya temelli güneş hücrelerinde fotosensör olarak kullanılmış ve fotovoltaik performansları değerlendirilmiştir. Bu çalışmalar, ftalosiyaninlerin güneş hücrelerindeki uygulamalarını daha iyi anlamak ve verimlerini artırmak için önemlidir.

Abstract:
Phthalocyanines are aromatic macrocyclic compounds containing 8 nitrogen and 8 carbon atoms, forming an 18-π electron system derived from 4 isoindole units. The delocalization of π electrons in the ring enhances the light absorption capacity of the molecules. The structure's high thermal stability is attributed to the surrounding nitrogen atoms. Phthalocyanines have found diverse applications due to their chemical stability and absorption capacity in the appropriate wavelength range (600-800 nm). They are particularly favored in photovoltaic applications. However, strong π-π interactions between molecules can lead to aggregation, thereby affecting the efficiency of solar cells. Therefore, the optimization of parameters such as light absorption capacity and aggregation is crucial to prevent aggregation and enhance the efficiency of phthalocyanines in solar cells. In this master's thesis, various phthalocyanine derivatives with different functional groups, serving as photosensitizers, were synthesized to replace the carboxylic acid (COOH) binding group in the molecular structure with an imidazole group. The electrochemical and photophysical properties of these derivatives were characterized and compared. Additionally, the synthesized derivatives were employed as photosensitizers in dye-sensitized solar cells, and their photovoltaic performances were evaluated. Different phthalocyanine derivatives containing the imidazole group were synthesized in this study as alternatives to the carboxylic acid (COOH) binding group. The electrochemical and photophysical properties of these derivatives were investigated and compared. These characterization studies were conducted to gain insights into the electronic and optical properties of the molecules. Furthermore, the synthesized phthalocyanine derivatives were utilized as photosensitizers in dye-sensitized solar cells, and their photovoltaic performances were examined. These investigations are important for better understanding the applications of phthalocyanines in solar cells and for improving their efficiency.