Farklı çapa grubu içeren 4,5-diazafluorenlerin ve rutenyum komplekslerinin sentezi, karakterizasyonu, boya duyarlı güneş pili uygulamaları
Synthesis, characterization, dye-sensitized solar cell application of different anchor group containing 4,5-diazafluorenes and their ruthenium complexes
Yazar: CANER CEBECİ
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM ERDEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Anorganik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Kimya = Chemistry
Dizin: Boya duyarlı güneş hücreleri = Dye-sensitized solar cells ; Güneş pilleri = Solar cells ; Karakterizasyon = Characterization ; Rutenyum = Ruthenium ; Çapa = Anchor

Özet:
Dünyada artan enerji ihtiyacının karşılanması için fosil yakıtların yoğun olarak kullanımları; küresel ısınma, çevre ve sağlık sorunlarına neden olmaktadır. Güneş pilleri çevre dostu yenilenebilir teknolojilerden biri olarak gelecekte enerji talebinin karşılanması için alternatifler sunmaktadır. Günümüzde silikon güneş pilleri yaygın olarak kullanılsa da üretim maliyetleri yüksektir. Boya duyarlı güneş pilleri (DSCs) ise silikon güneş pillerine kıyasla birçok avantaja sahip yeni nesil bir teknolojidir. Bu yeni teknolojinin günümüze kadar uygulamalarında %14'lere varan verimlere ulaşılması araştırmacıları gelecek için cesaretlendirmektedir. Temel cihaz mimarisi bileşenlerinde yapılan modifikasyonlar ve yeni yaklaşımlar ile hem verimlilik hem de kararlılık artırılabilir. Bu tez çalışmasında DSC uygulamalarında boya olarak kullanılmak üzere 4,5-diazafluoren türevi ligandlar ve onların rutenyum kompleksleri tasarlanarak literatüre katkı sağlamak amaçlandı. İlk olarak farklı çapa gruplarına sahip (oksim, fenol, katekol, fenilboronik asit, metoksi) 4,5-diazafluoren ligandları sentezlendi. Daha sonra sentezlenen ligandların hem bipiridin hem de izotiyosiyanat ligandları ile rutenyum kompleksleri hazırlandı. Sentezlenen ligand ve rutenyum komplekslerinin yapısal karakterizasyonu UV-vis, ATR-FTIR, NMR ve MS yöntemleri ile gerçekleştirildi. Yoğunluk fonksiyonel teorisi ile ligand ve rutenyum komplekslerinin optimum geometrik yapıları, moleküler elektrostatik potansiyelleri ve HOMO-LUMO enerji düzeyleri belirlendi. Son olarak, sentezlenen ligand ve rutenyum komplekslerinin boya duyarlı güneş pili uygulaması gerçekleştirildi. Tez çalışmasındaki en yüksek verim, katekol çapa grubuna sahip C2 ligandının rutenyum izotiyosiyanat kompleksinden ([Ru(C2)2(NCS)2]) %2.83 olarak ölçüldü. Ayrıca metoksi grup sayısının verimliliğe olumlu etkisi C5, C6 serisi ligand ve rutenyum kompleksleri ile yapılan araştırma ile belirlendi.

Abstract:
Intensive use of fossil fuels in order to meet the increasing energy demand in the world causes global warming, environmental and health problems. As one of the environmentally friendly renewable technologies, solar cells offer an alternatives to meet the energy demand in the future. Although silicon solar cells are widely used today, the production costs are high. On the other hand, dye-sensitized solar cells (DSCs) are the new generation technology with many advantages over silicon solar cells. Heretofore, reaching efficiencies up to 14% in the applications of this new technology encourages researchers for the future. Both efficiency and stability can be increased with modifications and new approaches in the components of basic device architecture. In this thesis, contribution to the literature by designing 4,5-diazafluorene derivative ligands and their ruthenium complexes for use as dye in DSC applications was aimed. Firstly, 4,5-diazafluorene ligands with different anchor groups (oxime, phenol, catechol, phenylboronic acid, methoxy) were synthesized. Then, ruthenium complexes of the synthesized ligands were prepared with both bipyridine and isothiocyanate ligands. Structural characterizations of the synthesized ligand and their ruthenium complexes were performed by UV-vis, ATR-FTIR, NMR and MS methods. Optimum geometric structures, molecular electrostatic potentials and HOMO-LUMO energy levels of ligands and their ruthenium complexes were determined by density functional theory (DFT). Finally, DSC applications of the synthesized ligands and their ruthenium complexes were carried out. The highest efficiency in the thesis study was measured as 2.83% from the ruthenium isothiocyanate complex of the C2 ligand ([Ru(C2)2(NCS)2]) with the catechol anchor group. In addition, positive effect of methoxy group number on the efficiency was determined by the research with C5, C6 ligands and their ruthenium complexes.