Perovskite güneş hücreleri için metal oksit alttaşların üretimi ve tasarımı
Fabrication and design of metal oxide substrates for perovskite solar cells
Yazar: FURKAN EMRULLAH AŞIK
Danışman: DOÇ. SEÇKİN AKIN
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı / Nanobilim ve Nanomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Tez çalışmasında, düzlemsel mimariye sahip perovskite güneş hücrelerinde (PGH) kullanılmak 
üzere optimize edilmiş indiyum kalay oksit (ITO) ve flor katkılı kalay oksit (FTO) alttaşların üretimi, karakterizasyonu ve hücre uygulamaları gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmanın amacı, ticari alttaşlara kıyasla daha üstün optoelektronik özellikler sunan metal oksit alttaşları üreterek perovskite hücrelerinin performansını artırmaktır. ITO ve FTO alttaşlar, magnetron saçtırma yöntemi kullanılarak RF ve DC güç kaynaklarıyla farklı güç değerlerinde (optimum değerler sırasıyla 320 W ve 137 W) ve sistem için ideal kabul edilen ~5 x 10⁻³ Torr basınç altında üretilmiştir. Düşük basınçta plazma yoğunluğundaki kararsızlık nedeniyle bu strateji tercih edilmiştir. Üretimler, ITO için oda sıcaklığında, FTO için ise 150 °C'de gerçekleştirilmiştir. FTO üretimi sırasında yapıda oluşabilecek oksijen eksiklikleri, ortama az miktarda oksijen verilerek azaltılmaya çalışılmıştır. Üretilen ITO ve FTO kaplı camların elektriksel dirençleri ölçülmüş, ardından farklı sıcaklıklarda tavlama işlemi uygulanmıştır. Karakterizasyon sonuçları, özellikle ITO alttaşların güneş hücreleri için umut verici özellikler sergilediğini göstermiştir. ITO ve FTO alttaşlar, elektrot/c-TiO₂/perovskite/spiro-OMeTAD/Au mimarisine sahip hücrelerde elektrot olarak kullanılmış ve fotovoltaik performansları ticari ITO (Sigma-Aldrich, Kintec) ve FTO (Sigma-Aldrich) alttaşlarla karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, proje kapsamında geliştirilen ITO filmlerin ticari ITO'ya göre daha üstün optik ve elektriksel özellikler sergilediğini ve fotovoltaik verim açısından daha yüksek sonuçlar elde edildiğini 
ortaya koymuştur. Akım yoğunluğu-voltaj (J-V) karakteristiklerine göre, ticari ITO kullanılan en iyi 
hücrede %19.9 verim elde edilirken, tez çalışması kapsamında geliştirilen ITO kullanılan hücrede %20.2 verime ulaşılmıştır. Sonuç olarak, bu tez, optimize edilmiş ITO alttaşların güneş hücrelerinde verimliliği artırma potansiyeline sahip olduğunu ve gelecekte optoelektronik aygıt teknolojisinde daha geniş uygulama alanı bulabileceğini göstermektedir.

Abstract:
In this thesis, the production, characterization, and cell applications of optimized indium tin oxide (ITO) and fluorine-doped tin oxide (FTO) substrates for use in planar perovskite solar cells (PSCs) were carried out. The aim of this study is to produce metal oxide substrates that offer superior optoelectronic properties compared to commercial substrates, thereby improving the performance of perovskite cells. ITO and FTO substrates were produced using the magnetron sputtering method with RF and DC power supplies at different power levels (optimum values of 320 W and 137 W, respectively) under an ideal system pressure of ~5 x 10⁻³ Torr. This strategy was chosen due to plasma instability and fluctuations at low pressures. Production was conducted at room temperature for ITO and at 150 °C for FTO. During FTO production, a small amount of oxygen was introduced to correct potential oxygen deficiencies in the structure. The electrical resistances of the produced ITO and FTO-coated glass were measured, followed by annealing at various temperatures in an atmospheric environment. Characterization results revealed that ITO substrates, in particular, exhibit promising properties for solar cell applications. The ITO and FTO substrates were used as electrodes in cells with the electrode/c-TiO₂/perovskite/spiro-OMeTAD/Au architecture, and their photovoltaic performance was compared to commercial ITO (Sigma-Aldrich, Kintec) and FTO (Sigma-Aldrich) substrates. Results showed that the ITO films developed within this 
project demonstrated enhanced optical and electrical properties compared to commercial ITO, and higher photovoltaic efficiency was achieved. According to current density-voltage (J-V) characteristics, the champion cell using commercial ITO achieved an efficiency of 19.9%, while the cell using ITO developed in this thesis reached an efficiency of 20.2%. In conclusion, this thesis demonstrates that optimized ITO substrates have significant potential to enhance the efficiency of perovskite cells and may find broader applications in optoelectronic device technology in the future.