Metal katkılı TiO2 öncülleri kullanılarak boya duyarlaştırılmış güneş hücresi üretimi ve analizi
Dye-sensitized solar cell production and analysis using metal-doped TiO2 precursors
Yazar: MERYEM SERFİRAZ BİLİCİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MELİK ZİYA YAKUT
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Enerji = Energy ; Enerji sistemleri = Energy systems ; Enerji üretimi = Energy generation ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Güneş pilleri = Solar cells ; Titanyum dioksit = Titanium dioxide

Özet:
Bu tez çalışmasında, boyaya duyarlaştırılmış güneş hücrelerinin (DSSC) verimini artırmaya yönelik, DSSC ana bileşenlerinden yarıiletken malzeme ele alınmıştır. Yarıiletken malzeme olarak titanyum dioksit (TiO2) seçilmiştir. Alttaş olarak flor katkılı kalay oksit (FTO) camlar üzerine Niyobyum (Nb) katkılı ve katkısız TiO2 kaplanmış ve elde edilen camlar DSSC'nin çalışma elektrodu olarak kullanılmıştır. FTO camlara kaplama yapmak için ultrasonik sprey piroliz (USP) ince film kaplama tekniğinden yararlanılmıştır. Öncül solüsyon titanyum (IV) izopropoksit öncül malzemenin 1-propanol (%99.9) içerisinde 0.5 M konsantrasyonda çözdürülmesi ile hazırlandı. Reaksiyonun tamamlanmasını sağlamak ve boya adsorpsiyonunu artırmak için az miktarda glasial asetik asit eklendi. Hazırlanan başlangıç çözeltisi 275 °C' deki FTO camlar üzerine ince film formunda biriktirildi. Nozül frekansı 120 kHz, basınç 2.5 psi ve akış oranı 0.2 ml/dk olarak ayarlandı. Üretilen Nb katkılı ve katkısız TiO2 kaplı FTO camlar 500 °C' de 40 dakika boyunca tavlandı. Tavlama sonrasında kristal yapılarının değişimi X-ışını kırınım cihazı (XRD), yüzey morfolojileri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve elementel özellikleri ise EDS analizi ile incelenmiştir. XRD sonuçlarından, tavlamanın pik şiddetini artırdığı ve kristal yapıyı geliştirdiği sonucuna varılmaktadır. Buna ek olarak katkılanan Nb'nin de olumsuz bir etki oluşturmadığı sonucuna varılmıştır. EDS analizi ile kaplamanın başarılı bir şekilde gerçekleştiği desteklenmiştir. Nb katkılanarak üretilen hücrenin verimliliği katkısız TiO2 ile karşılaştırıldığında Nb katkısının bulunduğu hücrelerde daha yüksek verimlilik sergilendiğini göstermiştir. Katkısız TiO2 kaplı çalışma elektroduna sahip DSSC'nin verimi %0,03 ve FF ise %10,22 elde edilmiştir. Nb katkılı TiO2 çalışma elektroduna sahip DSSC'nin verimi ise %0.13, FF ise %10.89 elde edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, semiconductor materials from dye-sensitized solar cells (DSSC) main components are studied to increase the efficiency of dye-sensitized solar cells. Titanium dioxide (TiO2) was chosen as a semiconductor material. Niobium doped and undoped TiO2 coated on the fluorine-doped tin oxide (FTO) glass substrates and the obtained glasses were used as the working electrode of the DSSC. Ultrasonic spray pyrolysis (USP) thin film coating technique was used for coating FTO glass substrates. Titanium (IV) isopropoxide at a concentration of 0.5 M and 1-propanol (%99.99) was used fort he precursor solution. A small amount of glacial acetic acid was added to complete the reaction and increase dye adsorption. The prepared starting solution was deposited in thin film form on FTO glass substrates at 275 ° C. The nozzle frequency was set at 120 kHz, the pressure was set at 2.5 psi and the flow rate was set at 0.2 ml/min. Produced Nb-doped and undoped TiO2 coated FTO glasses were annealed at 500 ° C for 40 minutes. X-ray diffraction device (XRD), surface electron morphology (SEM) and elemental properties were examined by EDS analysis. From the XRD results, it is concluded that the annealing increases the peak intensity and improves the crystal structure. In addition, it was concluded that Nb doped didn't have a negative effect. The success of the coating was supported by EDS analysis. The efficiency of the dye sensitized solar cell produced by the doped of Nb metal was observed to be higher than that of the dye sensitized solar cell containing the Nb doped compared to the yield of dye sensitized solar cell containing TiO2. The yield of DSSC with undoped TiO2 coated working electrode was 0.03% and FF was 10.22%. The efficiency of DSSC with Nb-doped TiO2 working electrode was 0.13% and FF was 10.89%.