Farklı P-tipi yarıiletkenlerin tek kristallerinin büyütülmesi, karakterizasyonu ve organik güneş pillerinde performans üzerine etkisinin incelenmesi
Growth of single crystals of different P-type semiconductors, characterization and investigation of their effect on the performance of organic solar cells
Yazar: SELEN POLAT
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇİSEM KIRBIYIK KURUKAVAK
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Yapısal tasarım, organik yarıiletken elektroniğin elektriksel özelliklerini iyileştirmek için anahtar parametredir. Düzenli organik kristalin büyütülmesi, alan etkili transistörler veya güneş pilleri gibi gelişmiş organik cihazlar için daha fazla yük taşıyıcı hareketliliği ve daha uzun eksiton difüzyon uzunluğu elde etmenin anahtarıdır. İnce filmlere kıyasla, organik tek kristaller daha düzenlidir. Bu çalışma yenilenebilir enerji alanında ön plana çıkan konulardan biri olan güneş enerjisinde yeni yöntemler arasına giren, organik yarıiletkenlerin tek kristallerin büyütülmesi ve ikili tabaka güneş pillerinde uygulamalarının incelendiği araştırmaları içermektedir. Çalışmada organik malzemelerin tek kristal olarak büyütülmesi, güneş piline uygulanması, karakterizasyonu ve verimlilikleri üzerinde durulmuştur. Farklı inert gaz akış hızı altında fiziksel buhar taşınımı (PVT) ile istenen boyutta ve yüksek kalitede rubren, pentasen ve tetrasen tek kristallerinin büyütülmesi amaçlanmıştır. Bu yöntem, istenen özelliklere sahip tek kristalleri elde etmek için kolay ve kontrol edilebilir bir yöntemdir. Elde edilen tek kristaller,ikili tabaka organik güneş pillerini üretebilmek için PCBM ince filmlerinin üstünde kullanılmıştır. Tek kristaller ve güneş pilleri optik mikroskop, X-ışını kırınımı (XRD), UV-Görünür spektroskopisi, atomik kuvvet mikroskobu (AFM), taramalı elektron mikroskobu (SEM) teknikleri ve güneş simülatörü ile karakterize edilmiştir. Organik yarıiletkenlerin tek kristallerinin büyütülmesinde farklı inert gaz akış hızı kullanılmış ve büyütülen tek kristallerin yapısal ve optik özellikleri üzerine etkileri incelenmiştir. 1,6 L/sa ile 6 L/sa akış hızları aralığında yapılan denemelerde rubren, pentasen ve tetrasen tek kristalleri ile üretilen güneş pillerinin en yüksek enerji dönüşüm verimleri (EDV) sırasıyla %0,34, %0,0197, %0,0151 olarak ölçülmüştür. Üretilen tek kristallerde en yüksek verimlerin kalınlık ve iletkenlik uyumu sonucu elde edildiği belirlenmiştir.

Abstract:
Structural design is the key parameter to improve the electrical properties of organic semiconductor electronics. Growth of highly ordered organic crystal is the key to achieving greater charge carrier mobility and longer exciton diffusion length for advanced organic device such as field effect transistors or solar cells. Compared to thin films, organic single crystals are highly ordered and free from disorders. This study includes researches that are among the new methods in solar energy, which is one of the prominent topics in the field of renewable energy, the growth of single crystals of organic semiconductors and their applicationsin double layer solar cells. Highlights the growth of organic materials such as single crystals, their application to the solar cell, the characterization and efficiency of materials. In this study, we aimed to grow desired size and high-quality rubrene, pentacene and tetracene single crystals by physical vapour transport (PVT) under different inert gas flow rate. This method is easy control to get single crystals with desired properties. The single crystals obtained were used on top of the PCBM thin films to fabricate bilayer organic solar cells. The produced single crystals and solar cells characterized by optical microscope, X-ray diffraction (XRD), UV-Visible spectroscopy, atomic force microscope (AFM), and scanning electron microscope (SEM) techniques and solar simulator. Different inert gas flow rate is used as an organic semiconductor parameter. The highest energy conversion efficiency (EDV) of solar cells produced with rubren, pentasen, tetrasen and anthracene single crystals were measured as 0.31%, 0.0197%, 0.0151% and 0.344% respectively.