Farklı boyaların ZNO tabanlı boya duyarlı güneş pillerinin verimine etkisi
The effect of different dyes on the efficiency of ZNO based dye sensitive solar cells
Yazar: ARMAĞAN PEKUSLU YAKA
Danışman: PROF. DR. MÜJDAT ÇAĞLAR
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Güneş pilleri = Solar cells ; Hidrotermal sentez = Hydothermal synthesis ; Taramalı elektron mikroskobu = Scanning electron microscope ; X ışını spektroskopisi = X ray spectroscopy ; Çinko oksit = Zinc oxide

Özet:
Bu çalışmada, yüzey aktif bir madde olan setiltrimetilamonyum bromür (CTAB)
katkılanarak farklı sıcaklıklarda (120-150-200-250 °C) hidrotermal sentez yöntemi
kullanılarak boyaya duyarlı ZnO nanoparçacıkları elde edilmiştir. Sentezlenen tozlar
yıkanıp kurulduktan sonra kristal yapı analizi için X-ışınları kırınım spektroskopisi
(XRD) ve morfolojik özelliklerin belirlenmesi için taramalı elektron mikroskobu (SEM)
kullanılmıştır. XRD sonuçları en iyi kristallenme ve en yüksek tanecik boyutunun CZ3'e
ait olduğunu göstermiştir. SEM analizi sonuçlarına göre Sentez sıcaklığındaki artış
morfolojik yapı üzerinde önemli bir etkiye sebep olmuştur. En yüksek sentez sıcaklığında
tamamen nano çubuklardan oluşmuş yoğun bir dokuya sahip bir yapı oluşmuştur. Yapılan
enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS) analizi, tozların ZnO'e ait olduğunu teyit
etmiştir. Farklı sıcaklıklarda sentezlenen nanoboyutlu çinko oksit tozları kullanılarak
boya duyarlı güneş pili (BDGP) fabrikasyonu yapılmıştır. FTO kaplı iletken camlar
üzerine Dr. Blade yöntemi ile kaplanan filmler, N719 ve N749 boyalarına daldırılmış ve
iki saat bekletilmiştir. Boya yüklemesi tamamlandıktan sonra spektrometrede absorbans
ölçümleri alınmış ve incelenmiştir. N719 boyasına daldırılarak elde edilen filmlerin
absorpsiyonlarının, N749 boyasına daldırılan filmlerden daha yüksek olduğu
gözlenmiştir. Fabrikasyonu yapılan BDGP'lerinin farklı ışık şiddetlerinde (20-40-60-80-
100 mW/cm2

) akım-voltaj (I-V) ölçümleri alınmıştır. Işık şiddetindeki artış, kısa devre
akımı (Isc) ve açık devre voltajında (Voc) artışa sebep olmuştur. Fabrikasyonu yapılan
BDGP lerinin ışık altında alınan I-V ölçümleri sonucunda en yüksek verim, N719
boyasına daldırılan 250°C de sentezlenen CZ4 kodlu numunesi için %2,35 olarak
hesaplanmıştır. N749 boya çözeltisindeki ölçümlerde ise CZ3 kodlu numunenin pil
veriminin yüksek olduğu gözlenmiştir. En yüksek verim elde edilmesinde boya türü,
boyanın emilimi ve anot malzemesinin morfolojik yapısı önemli rol oynamıştır.

Abstract:
In this study, dye sensitive ZnO nanoparticles were synthesized by using
hydrothermal synthesis method at different temperatures (120-150-200-250 °C) by
incorporation of cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) which is a surface active
agent. After the synthesized powders were washed and dried, X-ray diffraction
spectroscopy (XRD) was used for crystal structure analysis and scanning electron
microscopy (SEM) was used to determine morphological features. XRD results showed
that CZ3 had the best crystallization and highest particle size. According to the results of
SEM analysis, the increase in synthesis temperature caused a significant effect on the
morphological structure. At the highest synthesis temperature, a structure with a dense
texture consisting entirely of nanorods was formed. Energy dispersive X-ray

spectroscopy (EDS) analysis confirmed that the powders belonged to ZnO. Dye-
sensitized solar cell (DSSC) fabrication was carried out using nanosized zinc oxide

powders synthesized at different temperatures. The films coated on FTO conductive
glasses by using Dr. blade method were dipped in N719 and N749 dyes and left for two
hours. After the dye loading was completed, the absorbance measurements were carried
out in the spectrometer and examined. It was observed that the absorption of the films

obtained by dipping in N719 dye was higher than the films dipped in N749 dye. Current-
voltage (I-V) measurements of the fabricated DSSCs were taken at different light

intensities (20-40-60-80-100 mW/cm2

). The increase in light intensity caused an increase
in short circuit current (Isc) and open circuit voltage (Voc). As a result of the I-V
measurements of the fabricated DSSCs taken under light, the highest efficiency was
calculated as 2.35% for the CZ4 coded sample, which was immersed in N719 dye and
synthesized at 250°C. In the measurements carried out in the N749 dye solution, it was
observed that the cell efficiency of the CZ3 coded sample was high. The type of dye, the
absorption of the dye and the morphological structure of the anode material played an
important role in obtaining the highest efficiency.