Karbon kuantum noktaların sentezi ve güneş hücrelerinde uygulamaları
Synthesis of carbon quantum dots (CQDs) and their applications in solar cells
Yazar: ALİHAN BÜYÜKBEKAR
Danışman: DOÇ. DR. ÇİSEM KIRBIYIK KURUKAVAK
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Perovskit güneş hücreleri (PGH) enerji tasarrufu sağlayan bir dünya inşa etmek için artan bir ilgi görmektedir. Günümüzde, PGH'nin %25' in üzerinde bir fotovoltaik performans gösterdiği bilinmektedir. Bu anlamda kurşun halojenür perovskit malzemeler ile hazırlanan yeni cihazların geliştirilmesi ile birçok maliyet ve verimlilik sorununun ortadan kaldırılacağı öngörülmektedir. Ancak verimlilik sonuçlarına rağmen, optoelektronik cihazlar üretim maliyeti, verimlilik ve kullanım ömrü ile değerlendirildiğinden, gelecekteki büyük ölçekli ticari uygulamalar için perovskit cihaz performansında ve istikrarında daha fazla iyileştirmeye ihtiyaç duyulmaktadır.
Yeni bir katkı malzemesi sınıfı olan koloidal kuantum noktalar (KN)' lar, düşük maliyetli üretime ve kurşun halojenür perovskit malzemesi ile birçok kombinasyona izin vermektedir. Tezin temel amacı, heteroatom katkılı karbon KN (KKN)' ları kullanarak oldukça kararlı ve yüksek verimli kurşun halojenür PGH'leri üretmektir. Öncelikle hidrotermal/solvotermal teknikle heteroatom katkılı farklı KKN sentezlenmiştir.  Yüksek verimli ve kararlılığa PGH üretmek için sentezlenen bu nano yapılar katkı malzemesi olarak perovskit katmanında kullanılmıştır. Özellikle, heteroatom katkılı KKN' lar, uygulanacak cihaza göre heteroatomun değiştirilmesiyle özellikleri ayarlanabilir olduğundan oldukça avantajlıdır. Ek olarak KKN' ların yüksek ısıl ve nem stabilitesine sahip olması sayesinde büyük ölçekli PGH üretimi için uygun maliyetli, kolay ve ortam koşullarına (nem vb.) dayanıklı bir cihaz üretim modifikasyonu yöntemi literatüre kazandırılacaktır.
Yapılan çalışmalar neticesinde P-KKN' lar sentezlenmiş ve perovskit güneş hücrerine entegre edildiğinde yüzey kusurlarını pasifleştirdiği aynı zaman da perovskit kristalleşmesini etkilediği ve hücrelerin fotovoltaik performansını %10,71' den %13'12' ye yükselttiği incelenmiştir. OGH' lerde ise yük ayrımı ve aktarımında gelişmeler sağladığı bununla birlikte yüzey morfolojisinde iyileşmeler gözlenmiştir. P-KKN' ların OGH' lere eklenmesiyle hücrelerin veriminde %2,373' den 2,589' a bir artış sağlanmıştır. Çalışma neticesinde literatüre yeni bir katkı maddesi kazandırılarak KKN' ların potansiyel kullanımına ışık tutması sağlanmaktadır.

Abstract:
Lead halide perovskites have gained a remarkable attention in optoelectronic application owing to their excellent optical and electronic properties. The performance of perovskite solar cells (PSCs) has certified a value of over 25%. Many cost and efficiency problems will be eliminated by developing of new devices prepared by lead halide perovskite materials. However, further enhancement in device performance and stability is still needed for future large scale commercial applications as optoelectronic devices are scored by production cost, efficiency, and lifetime. As a new class of doping materials, colloidal quantum dots (QDs) allow the low-cost fabrication and a lot of easy combination with lead halide perovskite material. The main objective of the project is to produce highly stable and highly efficient lead halide PSCs by using heteroatoms-doped carbon quantum dots (CQDs). Heteroatoms-doped CQDs will be synthesized by hydrothermal/solvothermal techniques. It is possible to obtain highly efficient and stable PSCs by simple, low-cost solution processes by doping lead halide perovskite thin films with these new nano structures. In particular, heteroatom-doped CQDs are very advantageous as their properties can be adjusted by changing the heteroatom according to the device to be applied. In addition, thanks to the high thermal and moisture stability of CQDs, a cost-effective, easy, and resistant to ambient conditions (humidity, etc.) device production modification method will be introduced to the literature for large-scale PSCs production. The arrangement structure made, P-CQDs, was synthesized and displays that the perovskite solar cell passivates all surface defects, while controlling the perovskite crystallization and increasing the cells photovoltaic monitors from 10.71% to 13%12%. On the other hand, improvements in surface morphology were observed with improvements in load separation and management in OSCs. A scene from 2.373% to 2.589 of P-CQDs in their nests was shown to OSCs with their feathers. The work environment literature has provided a new additive, shedding light on the potential use of CQDs.