TiO2/ERGO nanokompozit elektrotların CdTe, PbTe, Bi2Te3, CdTe/PbTe, CdTe/Bi2Te3 ve PbTe/Bi2Te3 kuantum parçacıklar ile dekore edilmesi, karakterizasyonu ve QDSSCs'lerde uygulamaları
Decoration of TiO2/ERGO nanocomposite electrodes with CdTe, PbTe, Bi2Te3, CdTe/PbTe, CdTe/Bi2Te3 and PbTe/Bi2Te3 quantum dots, characterization and applications in QDSSCs
Yazar: ELİF TEMUR
Danışman: PROF. DR. ÜMİT DEMİR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Nanobilim ve Nanomühendislik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Amaç: Bu tez çalışması kapsamında, tek adımda titanyum dioksit (TiO2) ve grafen oksit (GO)'in substrat yüzeyine indirgenmesi ile elde edilen TiO2/ERGO kompozit  yapısına, bileşik yarı iletken kuantum parçacıkların (CdTe, PbTe, Bi2Te3, CdTe/PbTe, CdTe/Bi2Te3 ve PbTe/Bi2Te3) modifiye edilmesi ve elde edilen QD modifiye kompozitlerin kuantum parçacık duyarlı güneş pilleri (QDSSC) uygulamalarında daha yüksek dönüşüm verimi sağlayan fotoanot elektrotlar olarak kullanılması amaçlanmıştır.
Yöntem: GO ve TiO2 (h/h 1:1) sulu çözeltilerinin kullanıldığı, elektrokimyasal ko-depozisyon yöntemi ile FTO substrat yüzeyine eş zamanlı indirgeme yapılarak, TiO2/ERGO nanokompozitleri elde edilmiştir. TiO2/ERGO nanokompozit üzerine QD dekorasyonu için elektrokimyasal ko-depozisyon, ardışık iyonik tabaka adsorpsiyon ve reaksiyonu (SILAR) ve atomik tabaka depozisyon (ALD) ile iyonik tabaka adsorpsiyon ve reaksiyon (ILAR) yöntemlerinin birleşiminden oluşan (ALD-ILAR) sentez yöntemleri kullanılmıştır. TiO2/ERGO-QD fotoanotlar, FESEM, XRD, XPS, EDS, Raman spektroskopisi, UV-vis, PL ve EİS teknikleri ile yapısal, morfolojik ve optiksel olarak karakterize edilmiştir. Ayrıca hazırlanan fotoanot elektrotlar ile beraber farklı karşıt elektrotlar ve elektrolitler kullanılarak QDSSC prototipleri tasarlanmıştır. Hazırlanan güneş pillerinin güç dönüşüm verimleri ve foto dönüşüm verimleri I-V ve IPCE teknikleri kullanılarak karakterize edilmiştir.
Bulgular: Hazırlanan FTO/TiO2/ERGO-QD tabanlı QDSSC güneş pillerinde en yüksek dönüşüm verimi %1,147'lik değer ile FTO/TiO2/ERGO-CdTe tabanlı güneş pilinde izlenmiştir. FTO/TiO2/ERGO-PbTe ve FTO/TiO2/ERGO-Bi2Te3 tabanlı güneş pilleri sırası ile %0,461 ve %0,289 pil performansı göstermişlerdir.
Sonuç: Sentezlenen kuantum parçacık modifiye fotoanotların QDSSC uygulamaları için yüksek foto aktivite ve kimyasal kararlılığa sahip, umut vadeden malzemeler olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
Purpose: This research basically aims to fabricate new generation quantum dot sensitized solar cells (QDSSCs) with increased power conversion efficiency and in low cost through the development of novel electrochemically reduced graphene oxide (ERGO) based TiO2 nanocomposite electrodes sensitized by compound semiconducting (QD: CdTe, PbTe, Bi2Te3, CdTe/PbTe, CdTe/Bi2Te3 and PbTe/Bi2Te3) of quantum dots (QDs).
Method: TiO2/ERGO nanocomposites were obtained by simultaneous reduction to the FTO substrate surface by electrochemical co-deposition method using aqueous solutions of GO and TiO2 (v/v 1:1). Electrochemical methods, sequential ion layer adsorption and reaction (SILAR) and atomic layer deposition (ALD) and ion layer adsorption and reaction (ILAR) methods (ALD-ILAR) are üşer for the decoration of QDs on TiO2/ERGO nanocomposites. TiO2/ERGO-QD photoanodes were characterized structurally, morphologically and optically by FESEM, XRD, XPS, EDS, Raman spectroscopy, UV-vis, PL and EIS techniques. In addition, QDSSCs were designed by using different counter electrodes or electrolytes together with the prepared photoanode electrodes. The power conversion efficiencies and photo conversion efficiencies of the prepared solar cells were characterized using I-V and IPCE techniques.
Findings: Among the fabricated FTO/TiO2/ERGO-QD based solar cells, the highest efficiency was observed for the FTO/TiO2/ERGO-CdTe based solar cell with a value of 1.147%. FTO/TiO2/ERGO-PbTe and FTO/TiO2/ERGO-Bi2Te3 based solar cells have demonstrated energy conversion efficiencies of 0,461% and 0,289% respectively.
Results: It was found that the synthesized photoanodes are promising materials with high photoactivity and chemical stability for QDSSC applications.