CZTS güneş pillerinde verimliliği arttırmaya yönelik çalışmalar
Works to increase efficiency in CZTS solar cell
Yazar: SÜLEYMAN GÖKHAN ÇOLAK
Danışman: PROF. DR. KASIM OCAKOĞLU
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Kesterit kristal yapısına sahip CZTS (Cu2ZnSnS4) kalkojenit yarıiletken bileşiğinin katalitik aktivitesinin yüksek olması, yasak bant aralığının 1,45-1,55eV civarında olması, toksik olmaması, doğada oldukça bol seviyede olması ve aynı zamanda ucuz olması gibi eşsiz özelliklerinden dolayı geleneksel boya duyarlı güneş pillerinde (DSSC) platine (Pt) alternatif sayıcı elektrot (CE) olarak kullanımı için büyük bir potansiyele sahip malzemelerden biridir. Bu tez çalışmasında DSSC'lerin ticarileştirmesinde maliyet açısından büyük dezavantaja sahip olan Pt elementine alternatif olarak CZTS ve PANI/CZTS, MWCNT/CZTS malzemeleri kullanılmıştır. Bütün bu malzemeler sol-gel yöntemi ile üretilerek döndürme ile kaplama (spin-coating) metodu ile ince film yapılarak 300oC'de tavlandı ve sonra inert ortamda 580oC sıcaklıkta sülfürleme işlemi uygulanarak sayıcı elektrotlar oluşturulmuştur. Numuneler, X ışın kırınımı, Alan Yayılımlı Taramalı elektron mikroskop (SEM), Raman Spektrofotometresi, FTIR spektrometresi , UV-Visible spektrometre cihazları karakterize edilmiştir. Hazırlanan güneş pilleri Keithley model 2400 solar simülatör cihazı ile ölçümleri yapılarak en yüksek pil verimleri sırasıyla %0,51 %1,56 %0,17 olarak elde edilmiştir.
Sonuç olarak elde edilen pil verimlerine göre, sayıcı elektrot CZTS yarıiletken ince filmi ile hibrit CZTS/PANI ince filmi, Pt malzemesine yakın pil verimleri elde edilmiş ve boya duyarlı güneş pillerinde kullanmak için bir potansiyele sahip olacağı düşünülmektedir.

Abstract:
CZTS (Cu2ZnSnS4) chalcogenide semiconductor compound, which has a kesterite crystal structure, has a high catalytic activity, its forbidden band gap is around 1.45-1.55eV, it is non-toxic, it is very abundant in nature and it is also cheap. CZTS is one of the materials with great potential for use as an alternative counter electrode to platinum in dye-sensitized solar cells. In this thesis study, CZTS and PANI/CZTS, MWCNT/CZTS materials were used as an alternative to the Pt element, which has a great cost disadvantage in the commercialization of DSSCs. All these materials were produced by sol-gel method and they were annealed at 300oC by making thin film with spin-coating method, and then, by applying sulfurization process in inert environment at 580oC, counter electrodes were formed. Samples, X-ray diffraction, Field Emissio- Scanning Electron Microscope (SEM), Raman Spectrophotometer, FTIR Spectrometer, UV-Visible Spectrometer devices were characterized. Prepared solar cells were measured with Keithley model 2400 solar simulator device and the highest cell efficiencies were obtained as %0,51 %1,56 %0,17 respectively.
According to the cell yields obtained as a result, the counter electrode CZTS semiconductor material and hybrid CZTS/PANI have obtained cell efficiencies close to Pt material and it is thought that it will have a potential to be used in dye-sensitized solar cells.