Perovskit güneş hücrelerine yönelik antimon-katkılı titanyum dioksit elektron taşıyıcı tabakaların geliştirilmesi
Development of antimony-doped titanium dioxide electron transport layers for perovskit solar cells
Yazar: RABİA ŞEN
Danışman: PROF. DR. SAVAŞ SÖNMEZOĞLU
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Antimon = Antimony ; Fotovoltaik enerji = Photovoltaic energy ; Güneş hücreleri = Solar cells ; Püskürtme yöntemi = Spraying method ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Günümüzde endüstri ve sanayideki teknolojik gelişmeler ile birlikte enerjiye duyulan ihtiyaç artmaktadır. Ayrıca nüfus artışı da gereksinim duyulan enerji miktarının büyük ölçüde artmasına sebep olmaktadır. Dünyamızda sınırlı miktarda olan fosil yakıt kaynaklarının temel enerji kaynağı olarak kullanılması, hem bitme olasılığı hem de çevreye verdikleri zararlardan dolayı, çevre dostu olan yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmek, hem bizler hem de gelecek nesiller açısından önemlidir. Bu nedenle çevre dostu güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren fotovoltaik aygıtlar ön plana çıkmaktadırlar. Bunların en bilinen ve gelecek vaat eden türü perovskit güneş hücreleridir. Perovskit güneş hücrelerinde, üretilen foto elektronların verimli bir şekilde taşınmasından elektron taşıma katmanı (ETL) sorumludur. Perovskit güneş hücrelerinin verimini arttırmak için ETL'nin geliştirilmesi ana hedeftir. Buna rağmen, ETL'lerin yüksek tuzak durumu gibi dezavantajları da mevcuttur. 
Bu tez çalışmasın da; püskürtme tekniği ile antimon katkılı titanyum dioksit (TiO2) ince filmlerinin ilk kez düzlemsel perovskit güneş hücrelerinde kullanılması amaçlanmıştır. Deneysel sonuçlar ışığında, yapılan optimizasyon sonrası en iyi antimon katkı konsantrasyonunun %3 olduğunu gözlemlenmiştir. Antimon katkısı ile TiO2 iletim bandında yukarı doğru bir kayma gösterdiği, tuzak durumlarının ve TiO2/perovskite arayüzündeki rekombinasyonun azalttığı görülmüştür. Bu durum düzlemsel perovskit güneş hücrelerinde iletkenliğin ve açık devre voltajının 1,11 V' a kadar artmasına neden olmuştur. Üretilen güneş hücreleri 60 saat UV ışık altında ve karanlık ortam koşullarında bekletildikten sonra başlangıçtaki verimlilik değerlerini koruyarak uzun vadeli kararlılık sergilemişlerdir. Düzlemsel perovskit güneş hücrelerinde %20,3 bir verimlilik elde edilmiştir. Bu tez çalışması sonucunda, antimon katkısı perovskit güneş hücrelerinin ticarileştirilmesine uygun bir yöntemle uygulanarak düzlemsel perovskit güneş hücrelerinin endüstriyel anlamda büyük ölçekli üretimine olanak sağlanabileceği görülmektedir.

Abstract:
Today, with the technological developments in industry and industry, the need for energy is increasing. In addition, population growth also causes a large increase in the amount of energy needed. It is important both for us and for future generations to use fossil fuel resources, which are limited in our world, as the main energy source, and to turn to environmentally friendly renewable energy sources because of the possibility of exhaustion and the damage they cause to the environment. For this reason, photovoltaic devices that convert environmentally friendly solar energy into electrical energy come to the fore. The most well-known and promising type of these are perovskite solar cells. In perovskite solar cells, the electron transport layer (ETL) is responsible for the efficient transport of the produced photoelectrons. The main goal is to develop ETL to increase the efficiency of perovskite solar cells. However, ETLs also have disadvantages such as high trap status.

In this thesis work; In this study, it is aimed to use antimony doped titanium dioxide (TiO2) thin films for the first time in planar perovskite solar cells by spray pyrolysis. In the light of the experimental results, it was observed that the best antimony additive concentration was 3% after the optimization. It was observed that TiO2 showed an upward shift in the conduction band with antimony doping, reducing trap states and recombination at the TiO2/perovskite interface. This situation caused the conductivity and open circuit voltage to increase up to 1.11 V in planar perovskite solar cells. The produced solar cells exhibited long-term stability by maintaining their initial efficiency values after being kept under UV light and dark ambient conditions for 60 hours. An efficiency of 20.3% was obtained in planar perovskite solar cells. As a result of this thesis, it is seen that the industrial scale production of planar perovskite solar cells can be achieved by applying the antimony additive with a method suitable for the commercialization of perovskite solar cells.