ERGO/ZnO nanokompozit elektrotların CdS, CdTe, Bi2S3, CdS/CdTe ve CdS/Bi2S3 kuantum parçacıklar ile dekore edilmesi, karakterizasyonu ve QDSSC'Lerde uygulamaları
Decoration of ERGO/ZnO nanocomposite electrodes with CdS, CdTe, Bi2S3, CdS/CdTe and CdS/Bi2S3 quantum dots, characterization and applications in QDSSCs
Yazar: MESUT ERYİĞİT
Danışman: PROF. DR. ÜMİT DEMİR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Elektrokimya = Electrochemistry ; Fotoelektrokimyasal piller = Photoelectrochemical cells ; Grafen oksit = Graphene oxide ; Yarı iletken güneş pili = Semiconductor solar cell ; Yarı iletkenler = Semiconductors

Özet:
Amaç: Bu çalışma, elektrokimyasal indirgenmiş grafen oksit (ERGO) tabanlı ve bileşik yarıiletken kuantum parçacıkları (QD) (QD: CdS, CdTe, Bi2S3, CdS/CdTe ve CdS/Bi2S3) ile duyarlılaştırılmış yeni nesil ZnO nanokompozit elektrotlarını geliştirerek, daha yüksek fotovoltaik dönüşüm verimine sahip ve daha düşük maliyetli yeni nesil kuantum parçacık duyarlı güneş hücrelerini (QDSSC) üretmeyi amaçlamaktadır.
Yöntem: Elektrokimyasal olarak indirgenmiş grafen oksit (ERGO) nanokompoziti ile çinko oksit (ZnO) (ERGO/ZnO), elektrokimyasal ko-depozisyon yaklaşımı kullanılarak FTO ve ITO elektrotlar üzerine sentezlenmiştir. Bu yaklaşım, ortam koşullarında spesifik indirgeme ve diğer koruyucu maddeler kullanılmadan sulu bir çözeltiden eşzamanlı olarak GO ve Zn2+ iyonlarının indirgenmesine dayanır. ERGO/ZnO nanokompoziti üzerine QD'lerin modifiyesi için elektrokimyasal yöntem, ardışık iyonik tabaka adsorpsiyon ve reaksiyonu (SILAR) ve atomik tabaka depozisyon (ALD) ile iyonik tabaka adsorpsiyon ve reaksiyon (ILAR) yöntemlerinin birleşiminden oluşan (ALD-ILAR) yöntemler kullanılmıştır. ERGO/ZnO/QD fotoanotların karakterizasyonu XRD, XPS, EDS, Raman spektroskopisi, FESEM, UV-vis, fotolüminesans (PL) ve EİS teknikleri kullanılarak araştırılmıştır. Son olarak hazırlanan ERGO/ZnO/QD fotoanodu Cu2S karşıt elektrodu ve elektrolit kullanılarak güneş pilleri tasarlandı. Tasarlanan güneş pillerinin güç dönüşüm verimleri ve foto dönüşüm verimleri I-V ve IPCE teknikleri kullanılarak karakterize edildi.
Bulgular: Hazırlanan ERGO/ZnO/QD tabanlı güneş pillerinde en yüksek verim % 3,93'lük değer ile ERGO/ZnO/CdS/CdTe tabanlı güneş pilinde görüldü. ERGO/ZnO/CdS/Bi2S3, ERGO/ZnO/CdS, ERGO/ZnO/CdTe ve ERGO/ZnO/Bi2S3 tabanlı güneş pilleri sırası ile %3,77, 2,94, 0,44 ve 0,32 lik güç dönüşüm verim performansları göstermiştir. 
Sonuç: Sentezlenen fotoanotların QDSSC uygulamaları için yüksek aktivite ve kararlılığa sahip, umut vadeden malzemeler olduğu belirlenmiştir. 

Anahtar Kelimeler: Elektrokimyasal indirgenmiş grafen oksit, Kuantum Parçacık Duyarlı Güneş Hücreleri, Nanokompozit,  Fotoanot, Elektrokimyasal Depozisyon

Abstract:
Purpose: This research basically aims to fabricate new generation quantum dot sensitized solar cells (QDSSCs) with increased power conversion efficiency and in low cost through the development of novel electrochemically reduced graphene oxide (ERGO) based ZnO nanocomposite electrodes sensitized by compound semiconducting (QD: CdS, CdTe, Bi2S3, CdS/CdTe and CdS/Bi2S3) of quantum dots (QDs).
Method: Electrochemically reduced graphene oxide (ERGO) nanocomposites and zinc oxide (ZnO) were synthesized on FTO and ITO electrodes using a one-step electrochemical approach. This approach is based on the simultaneous coreduction of GO and Zn2+ ions at ambient conditions from an aqueous solution without using specific reducing and any other protective agents. Electrochemical methods, sequential ion layer adsorption and reaction (SILAR) and atomic layer deposition (ALD) and ion layer adsorption and reaction (ILAR) methods (ALD-ILAR) are used for the modification of QDs on ERGO/ZnO nanocomposites. The characterization of ERGO /ZnO/QD photoanodes was investigated using XRD, XPS, EDS, Raman spectroscopy, FESEM, UV-vis, photoluminescence (PL) and EIS techniques. Finally, solar cells were fabricated using the prepared ERGO /ZnO/QD photoanode, Cu2S counter electrode and electrolyte. The energy conversion efficiency and photoconversion efficiency of the designed solar cells were characterized using I-V and IPCE techniques.
Findings: Among the fabricated ERGO/ZnO/QD based solar cells, the highest efficiency was observed for the ERGO/ZnO/CdS/CdTe based solar cell with a value of 3.93%. ERGO/ZnO/CdS/Bi2S3, ERGO/ZnO/CdS, ERGO/ZnO/CdTe and ERGO /ZnO/Bi2S3 based solar cells have demonstrated energy conversion efficiencies of 3.77%, 2.94, 0.44 and 0.32 respectively.
Results: It was found that the synthesized photoanodes are promising materials with high activity and stability for QDSSC applications.

Keywords: Electrochemically reduced graphene oxide, Quantum Particle Sensitive Solar Cells, Nanocomposite, Photoanode, Electrochemical Deposition