Foto elektrokimyasal hidrojen üretimi uygulamaları için elektrot dizaynı ve performans ölçümü
Performance measurement and electrode design for application of photo electrochemical hydrogen production
Yazar: EMRE KAAN CAN
Danışman: DOÇ. NURDAN DEMİRCİ SANKIR ; PROF. MEHMET SANKIR
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu tez kapsamında bilim dünyasında gün geçtikçe daha çok fark edilen, güneş
enerjisinin foto elektrokimyasal yöntemler aracılığı ile suyun elektrolizinde
kullanılması ve böylece hidrojen gazı (H2) üretilmesi üzerinde çalışılmıştır. Hidrojen
gazı doğada tek başına bulunmadığından üretilmesi gereken enerji taşıyıcısı veya
ikincil enerji kaynağıdır. Hidrojen üretiminde geleneksel olarak buhar düzeltimi
(steam reforming) ya da kömür gazlaştırma (coal gasification) gibi metotlar
kullanılmaktadır. Ancak bu yöntemler fosil yakıt kullanımı ve dolayısıyla çevreye
verdikleri zarardan ötürü tercih edilmemektedir. Foto elektrokimyasal (photo
electrochemical "PEC") güneş pilleri ise tamamıyla yenilenebilir kaynak
kullanımından ötürü çevre dostu olup temel olarak elektrolit sıvısı içine yerleştirilen
foto aktif elektrotlar üzerinde elektron-boşluk çiftlerinin oluşturulması ile su
moleküllerinin parçalanarak hidrojen ile oksijeni ayırmakta kullanılırlar. Ayrılan bu
iki gaz daha sonra farklı ortamlarda biriktirilmekte ve toplanmaktadır. Bu çalışmada
foto elektrokimyasal sistemlerde kullanılmak üzere üç farklı foto anot konfigürasyonu
ve iki farklı elektrolit kullanılmıştır. İndiyum sülfür (In2S3) foto anotlar sprey piroliz
yöntemi ile farklı kalınlıklarda kaplanarak 0,5M potasyum sülfat (K2SO4) çözeltisi içinde test edilmiştir. Kimyasal banyo depolama yöntemi ile hazırlanan çinko oksit (ZnO) nano yapılı filmler In2S3 ile kaplanarak foto hassasiyetleri arttırılmış ve bu anotlar 0,25M Na2S + 0,35M Na2SO3 çözeltisi içinde test edilmiştir. Yapılan çalışmalar doğrultusunda In2S3 foto anotların kalınlıklarının ışık soğurma, elektriksel iletkenlik, dayanım gibi özellikleri etkilediği ayrıca
kullanılan elektrolit solüsyonunun pH değerinin foto elektrokimyasal verimi doğrudan
etkilediği saptanmıştır. Bunların yanı sıra ZnO nano elektrotların In2S3 ile kaplanması
ile fotoakım yoğunluğu dolayısıyla PEC verimi arttırılabilmiştir

Abstract:
Electrolysis of water by using solar energy via photo electrochemical methods and
production of hydrogen gas are studied by science authority, increasing day by day. In
this thesis, all studies have same goal with alternative approaches. Hydrogen gas
cannot stand in nature by itself. Because of that, it must be produced as energy carrier
and called secondary energy source. Traditional hydrogen gas production methods are
steam reforming, coal gasification, etc. But all these methods are not preferred because
of main constituent, fossil fuel, harming and polluting environment. Photo
electrochemical (PEC) solar cells are nature friendly because they are completely
reversible and have photoactive electrodes submerged under electrolyte liquid to
produce electron-hole pair from water molecules decomposed oxygen and hydrogen.
Decomposed oxygen and hydrogen gases are accumulated and stored in different
medium for different usage.
In this thesis, three different photo-anode configurations and two different electrolyte
solutions were studied to use in photo electrochemical systems. Indium sulfide (In2S3)
photo-anodes were produced via spray pyrolysis method with different coating
thickness and tested under 0.5M Potassium Sulfate (K2SO4) solution. Zinc Oxide
nanostructure films produced via chemical bath deposition (CBD) method 
were coated with Indium Sulfide to increase photo sensibility and tested under 0.25M
Na2S + 0.35M Na2SO3 Sodium Sulfide solution. Properties of absorption of solar
energy, electrical conductivity, stability, etc. are affected by Indium Sulfide coating
thickness. The other one, pH of the electrolyte solution, directly affects the
performance of photo electrochemical system. The last one, Indium Sulfide coating on
Zinc Oxide increases the photocurrent density affecting photo electrochemical
performance.