Güneş pili için elektrot aktif materyal tasarımı
Electrode active material design for solar cell
Yazar: YAĞMUR DUMLU
Danışman: PROF. DR. EVRİM HÜR ; DOÇ. DR. KAMURAN GÖRGÜN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Elektropolimerleşme = Electropolymerization ; Güneş pilleri = Solar cells

Özet:
Bu çalışmada, elektron verici, elektron alıcı ve π boşluk oluşturucu gruplar sırasıyla; karbazol, siyanoasetik asit, tiyofen ve furan birimlerini içeren yeni organik monomerler tasarlanmış ve sentezlenmiştir. Sentezlenen 2-siyano-3-[5-(9-oktil-9H-karbazol-3-il)-tiyofen-2-il]-akrilik asit (1ThCzSA), 3-(5-{6-[5-(2-karboksi-2-siyano-vinil)-tiyofen-2-il]-9-oktil-9H-karbazol-3-il}-tiyofen-2-il)-2-siyano-akrilik asit (2ThCzSA), 2-siyano-3-[5-(9-oktil-9H-karbazol-3-il)-furan-2-il]-akrilik asit (1FuCzSA), 3-(5-{6-[5-(2-karboksi-2-siyano-vinil)-furan-2-il]-9-oktil-9H-karbazol-3-il}-furan-2-il)-2-siyano-akrilik asit (2FuCzSA) karbazol türevli monomerlerin spektroskopik karakterizasyonları FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR ile analiz edilmiştir. Karakterizasyon çalışmaları ile yapıları aydınlatılan bileşiklerin (1ThCzSA, 2ThCzSA, 1FuCzSA, 2FuCzSA) hazır alınan ve fotoanot olarak kullanılan Titan (IV) oksit (TiO2) ile Boya Duyarlı Güneş Pili (BDGP) fabrikasyonları yapılmıştır. Tüm BDGP' lerin akım-voltaj (J-V) ölçümleri, AM 1,0 G (100 mW/cm2) aydınlatma koşullarında solar simülatör cihazı gerçekleştirilmiştir. Güneş pili performansını etkileyen açık devre voltajı (Voc), kısa devre akımı (Isc), dolum faktörü (FF) ve güç dönüşüm verimliliği (%n) değerleri ölçülmüştür. Sentezlenen monomerlerden; 1ThCzSA, 2ThCzSA ve bu monomerlerin karbazol ile kopolimerleri dönüşümlü voltametri yöntemi (CV) kullanılarak indiyum katkılı kalay oksit (ITO) yüzeyinde sentezlenmiştir. Elektrokimyasal sentezler tetrabutilamonyum heksaflorofosfat (TBAPF6) ve tetraetilamonyum tetrafloroborat (TEABF4) içeren diklorometan:asetonitril (DCM:ACN) çözücü karışımlarında iki farklı ortamda gerçekleştirilmiştir. ITO yüzeyinde elde edilen filmlerin elektrokimyasal yöntemle karakterizasyonları yapılmıştır. Ayrıca bu filmlerin yüzey morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak incelenmiştir. Dönüşümlü voltametri yöntemi ile filmlerin redoks parametreleri, elektroaktif özellikleri ve elektrokararlılıkları incelenerek güneş pillerinde elektrot aktif materyal olarak kullanımının uygunluğu araştırılmıştır.

Abstract:
In this study, new organic monomers containing carbazole, cyanoacetic acid, thiophene and furan units as electron donor, electron acceptor and π spacer groups, respectively, were designed and synthesized. Synthesized 2-cyano-3-[5-(9-octyl-9H carbazol-3-yl)-thiophen-2-yl]acrylic acid (1ThCzSA), 3-(5-{6-[5-(2-carboxy-2-cyano-vinyl)thiophen-2-yl]-9-octyl-9H-carbazol-3-yl}-thiophen-2-yl)-2-cyano-acrylic acid (2ThCzSA), 2-cyano-3-[5-(9-octyl-9H-carbazol-3-yl)-furan-2-yl]-acrylic acid (1FuCzSA), The structures of 3-(5-{6-[5-(2-carboxy-2-cyano-vinyl)-furan-2-yl]-9-octyl-9H-carbazol-3-yl}-furan-2-yl)-2-cyano-acrylic acid (2FuCzSA) carbazole derived monomers were analyzed by FT-IR, 1H NMR, 13C-NMR. The structures of the compounds (1ThCzSA, 2ThCzSA, 1FuCzSA, 2FuCzSA) whose structures were characterized by characterization studies were prepared and fabricated Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) with Titan (IV) oxide (TiO2) used as photoanode. Current-voltage (J-V) measurements of all BDGPs were performed in a solar simulator under AM 1.0 G (100 mW/cm2) lighting conditions. Open circuit voltage (Voc), short circuit current (Isc), filling factor (FF) and power conversion efficiency (%n) values that affect solar cell performance were measured. The synthesized monomers; 1ThCzSA, 2ThCzSA and their copolymers with carbazole were synthesized on indium-doped tin oxide (ITO) surface using the method of cyclic voltammetry (CV). Electrochemical syntheses were carried out in two different solvent mixtures of dichloromethane:acetonitrile (DCM:ACN) containing tetrabutylammonium hexafluorophosphate (TBAPF6) and tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEABF4). The films obtained on the ITO surface were characterized by electrochemical method. In addition, the surface morphological properties of these films were investigated using scanning electron microscopy (SEM). The redox parameters, electroactive properties and electrostability of the films were investigated by alternating voltammetry method and their suitability for use as electrode active materials in solar cells was investigated.