Boya duyarlı güneş hücrelerinde kullanılacak asimetrik çinko ftalosiyaninler
Asymetric phthalocyanine as a dye-sensitized solar cell
Yazar: GÜLENAY TUNÇ
Danışman: PROF. DR. AYŞE GÜL GÜREK
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Son zamanlarda, boya duyarlı güneş hücreleri (DSSC), kolay üretim yöntemleri, düşük üretim maliyetleri, yüksek foton verimliliği ve toksik etki barındırmaması gibi nedenlerle dikkat çekmeyi başarmıştır.  Ftalosiyanin (Pc) ve türevleri, porfirinler gibi mükemmel termal ve kimyasal stabilite gösterirler. Bu aromatik moleküller, diğer molekülere kıyasla, solar spektrumunun kırmızı / yakın-IR bölgesinde daha yüksek molar absorpsiyona sahiplerdir. Bunun yanında, görünür bölge spektrumunuda içine alacak şekilde geniş bir aralıkta absorpsiyona sahip olmaları nedeniyle Pcler DSSC uygulamaları için uygundur. Bugüne kadar DSSC'ler için çok sayıda ftalosiyanin bileşiği sentezlenmiştir.  Özellikle çeşitli Zn (II) ftalosiyanin türevi birçok grup tarafından geniş bir şekilde incelenmiştir.
Literatürdeki mevcut çalışmalar göz önüne alındığında, özellikle donör-akseptör çiftleri içinde barındıran AB3 asimetrik ftalosiyaninler için, elektron çeken grup olarak karboksilik asitlerin kullanıldığı DSSC uygulaması çalışan gruplarda yaygın olarak gözlemlenmektedir. Bu nedenle, karboksilik asit gruplarının, güneş hücrelerinin güç dönüşüm verimliliği üzerindeki etkisini anlamak için, üç farklı karboksilli asit grubu seçilerek, bu grupların aromatik halkaya doğrudan veya konjuge ara bağlayıcı gruplar üzerinden bağlanmalarının güneş pilinin dönüşüm verimliliğine olan etkileri belirlenmek istenmektedir.  Kırmızı/ yakın kızılötesi (NIR) bölgede, geniş bir aralıkta yüksek absorpsiyona sahip ftalosiyanin türevleri elde edebilmek için heksiltiya grupları seçilmiştir. Öte yandan, alkiltiya gruplarının ftalosiyanin halkası üzerindeki pozisyonel etkisini de belirlemek amaçlı periferal ve non-periferal pozisyonlarda farklı sayıda hekzil tiya grupları içeren bir seri 'push-pull' tipinde AB3 asimetrik ftalosiyanin türevlerinin sistematik bir yaklaşımla sentezlenmesi ve güneş pili uygulamalarının yapılması hedeflenmiştir. Bu ftalosiyanin türevlerinden DSSCler, daldırma süreleri ve TiO2 film kalınlıkları gibi farklı parametreler için 4'er kez üretilmiştir. Üretilen hücreler Keithley Yarı iletken karakterizasyon cihazı ve solar simülatör ile karakterize edilmiştir.

Abstract:
Recently, Dye-sensitized solar cells (DSSC) have received increased interest due to their easy manufacturing methods, low production costs, high photon efficiency and no toxic effects. Phthalocyanine (Pc) and its derivatives that are similar to porphyrins, exhibit excellent thermal and chemical stability. These aromatic molecules have higher molar absorption coefficients in the red / near-IR region of the solar spectrum than many other molecules. Moreover, it is particularly well suited for DSSC applications due to the large overlap in visible spectrum. To date, a large number of phthalocyanine dyes have been synthesized for applications in DSSCs. Zn(II) phthalocyanines have been studied widely by many groups.
Considering the studies are available in literature, especially using carboxylic acid as electron withdrawing groups in push- pull type AB3 asymmetric phthalocyanines are seen to be appropriate in the application of DSSC. Hence, to realize the effect of the carboxylic acid groups on the power conversion efficiency of the solar cells, three different carboxylic acid groups was chosen as electron-withdrawing groups bounded to Pc core directly or via conjugated linker groups in this study scope. Hexylthio groups are selected to obtain high absorption over a wide range in red / near IR region, where the solar flux of photons is maximum. On the other hand, it has been aimed to synthesize push-pull type AB3 asymmetric phthalocyanine derivatives containing in different numbers of hexyl thio groups on positions of peripheral and non-peripheral by using a systematic approach for determining the positional effect of alkyl- thia groups on DSSC performance. All cells were fabricated for 4 times for different parameters which is different dipping time and TiO2 thickness. Fabricated cells characterized with Keithley Semiconductor Characterization system and Solar Simulator.