Perovskit güneş hücrelerinde ETL katmanı olarak kullanılan Nb2O5'in geliştirilmesi
Development of Nb2O5 used as ETL layer in perovskite solar cells
Yazar: RAMAZAN ALPAY
Danışman: DOÇ. DR. NİHAN AKIN SÖNMEZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fotonik Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
ETL'ler yük taşıma yoluyla PSC'lerde temel bir rol oynamakta olup daha iyi aygıt performansı için faydalı bir bileşendir. Önemli bir dielektrik ve yarı iletken malzeme olan niyobyum pentoksit (Nb2O5), mükemmel optik geçirgenliği ve yüksek taşıyıcı hareketliliği nedeniyle PSC'ler için ideal bir ETL malzemesi olarak görülmüştür. Bu tez çalışmasında Nb2O5'in ETL katmanı olarak kullanılabilmesi için taşıyıcı yoğunluğu 1.0×1018 cm-3 olarak hedeflenmiştir. PSC'lerde ETL olarak kullanılan Nb2O5 filmini hazırlamak için düşük sıcaklıkta (oda sıcaklığı) bir çözelti yapmaya imkan sağlayan sol-jel yöntemi uygulanmış olup Nb2O5 tabanlı birçok farklı ETL katmanlı esnek alttaşlı numuneler elde edilmiştir. Plastik alttaşlar mükemmel esnekliğe sahip ve hafiftir. Polietilen tereftalat (PET), polietilen naftalat (PEN) ve poliimid (PI) plastikler yaygın seçeneklerdendir. Bu çalışmada, yüksek ısıl işleme dayanma, yüksek geçirgenlik ve esneme gibi özellikleri nedeniyle esnek alttaş olarak PI tercih edilmiştir. Tez çalışmasında ilk olarak, sol-jel tekniği kullanılarak düşük sıcaklıkta üretilen amorf yapıdaki Nb2O5 çözeltisi boş ve gümüş nanotel (AgNT) kaplamalı PI numuneleri üzerine büyütülmüştür. Daha sonrasında ise UV-Vis, Profilometre, XRD ve Hall Etkisi cihazlarından ölçüm sonuçları alınmıştır. Taşıyıcı yoğunluğu değeri hedeflenen değere göre (1.0×1018 cm-3) çok daha yüksek çıkmıştır. Alınan ölçüm sonuçlarına göre Nb2O5 filminin perovskit güneş hücrelerinde ETL katmanı olarak kullanılabileceği ispatlanmıştır.

Abstract:
ETLs play a fundamental role in PSCs through charge transport and are a useful component for better device performance. Niobium pentoxide (Nb2O5), an important dielectric and semiconductor material, has been considered as an ideal ETL material for PSCs due to its excellent optical transmittance and high carrier mobility. In this thesis, the carrier density is targeted as 1.0×1018 cm-3 for Nb2O5 to be used as ETL layer. To prepare the Nb2O5 film used as ETL in PSCs, the sol-gel method, which allows making a solution at low temperature (room temperature), was applied and many different ETL-layered flexible substrate samples based on Nb2O5 were obtained. Plastic substrates have excellent flexibility and are lightweight. Polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN) and polyimide (PI) plastics are common choices. In this study, PI was chosen as the flexible substrate due to its properties such as resistance to high heat treatment, high permeability and flexibility. In the thesis study, firstly, amorphous Nb2O5 solution produced at low temperature using sol-gel technique was grown on blank and silver nanowire (AgNT) coated PI samples. Afterwards, measurement results were obtained from UV-Vis, Profilometer, XRD and Hall Effect devices. The carrier density value was much higher than the targeted value (1.0×1018 cm-3). According to the measurement results, it has been proved that Nb2O5 film can be used as ETL layer in perovskite solar cells.