Organik tabanlı hibrit güneş pillerinin yapımı ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of the organic based hybrid solar cells
Yazar: SEMANUR GÜMÜŞ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. FATİH DUMLUDAĞ
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Enerjiye olan talep, gelişen teknoloji ile beraber her geçen gün daha fazla artmaktadır. Fosil enerji kaynaklarının çevreye olan olumsuz etkileri ve zamanla azalan rezervlerinden dolayı, yenilenebilir enerji kaynaklarının araştırılması çalışmaları artarak devam etmektedir.
Bu tez çalışmasında, organik tabanlı hibrit güneş pillerinin üretimi, elektriksel ve optik özellikleri çalışıldı. Organik ve inorganik tabakalar sol-jel spin kaplama yöntemiyle indiyum kalay oksit (ITO) altlıklar üzerine kaplandı. Çalışmanın ilk bölümünde, gate malzemesinin, organik ve inorganik tabaka malzemelerinin ve organik ve inorganik tabaka kalınlıklarının yapılan güneş pillerinin parametreleri üzerindeki etkisi incelendi. Bunun için, üç farklı gate materyali (Al, Ag ve Cu), üç farklı inorganik tabaka (TiO2, ZnO ve SnO2) ve üç farklı organik tabaka (P3HT, C60 ve P3HT-C60) kullanıldı. Çalışmanın ikinci kısmında, inorganik tabakaya katkı malzemesi ve katkı yoğunluğunun güneş pili parametrelerine etkisi incelendi. Çalışmanın bu kısmında, inorganik tabakaya katkı yoğunluğunun güneş pili parametrelerine etkisini incelemek için SnO2 tabakası çinko ile (kütlece %1, %2, %5, %10, %15) ve ZnO tabakası kalay ile (kütlece %1, %2, %5, %10, %15) katkılandı.
Yapılan fotovoltaik hücrelerin, maksimum güç verimi (Pmax), doluluk oranı (FF), kısa devre akımı (Isc) ve açık devre voltajı (Voc) gibi temel güneş pili parametreleri atmosferik şartlarda, karanlık ve aydınlık ortamda ölçülen akım-gerilim (I-V) değerlerinden hesaplandı. Sonuçlar, alüminyum gate?e sahip ZnO ve SnO2 tabakalı fotovoltaik hücrelerin güneş pili parametrelerinin inorganik ve organik tabaka kalınlıklarıyla değiştiğini gösterdi. Ayrıca, kalay katkılı (%1 - %10) ZnO inorganik tabakalı fotovoltaik hücrelerin güneş pili parametrelerinde (yaklaşık, Pmax 9 kat, Voc 6 kat, Isc 1.4 kat artırıldı) iyileşme sağlandı.

Abstract:
Demand for energy increases day by day with the developing technology. Search for renewable energy resources has been increasing due to the fact that fossil energy resources have negative environmental effects and decreasing reserves by time.
In this thesis, fabrication, electrical and optical properties of organic based hybrid solar cells were studied. Sol-gel spin coating method was used to deposit the organic and inorganic films on the Indium Thin Oxide (ITO) substrates. In the first part of the study, effects of the gate material, inorganic and organic material and thickness of inorganic and organic layers on the fabricated solar cell?s parameters were investigated. To do this, three types of gate materials (Al, Ag, and Cu), three types of inorganic layers (TiO2, ZnO and SnO2) and three types of organic layers (P3HT, C60 and P3HT-C60) were used. In the second part of the study, effect of the doping material and doping concentration to the inorganic film on solar cell parameters were investigated. In this part of the study, SnO2 layer was doped with zinc (by wt. 1%, 2%, 5%, 10%, and 15%) and the ZnO layer was doped with tin (by wt. 1%, 2%, 5%, 10%, and 15%) to examine the effect of the doping concentration to the inorganic layer on solar cell parameters.
The basic solar cell parameters such as the maximum power efficiency (Pmax), fill factor (FF), short circuit current (Isc) and open circuit voltage (Voc) of the fabricated photovoltaic cells were calculated by using current-voltage (I-V) data measured in the dark and light environment in the atmospheric conditions. The results showed that, solar cells parameters of the photovoltaic cells with aluminum gate and ZnO and SnO2 layers varied with thickness of the inorganic and organic layers. Further, solar cell parameters were obtained better (nearly 9 times for Pmax, 6 times for Voc, 1.4 times for Isc) by doping with Sn to ZnO PV cells in the doping concentration range of (by wt. 1% - 10%).