Güneş pillerinde boya olarak mono karboksilik asit sübstitüe çinko ftalosyaninlerin kullanılması
Monocarboxylic acid substituted zinc phthalocyanine as dye in solar cell applications
Yazar: BORAY TÜRKİLİ
Danışman: DOÇ. DR. SONER ÇAKAR
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bu çalışmada 4-terbutilfenoksi sübstitüe grupları içeren, 2-karboksifeniletinil (ZnPc3) ve 2-karboksietinil (ZnPc4) bağlayıcı grupları bulunan ftalosyaninlerin sentez ve karakterizasyonu ile boya duyarlı güneş pili (DSSC) uygulamaları gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen ZnPc3 ve ZnPc4 boyaların FTIR, UV-Vis, H-NMR ve PL eğrileri alınarak karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Ayrıca sentezlenen boyaların CV ve SWV teknikleri ile elektrokimyasal karakterizasyonları gerçekleştirilerek HOMO ve LUMO enerji düzeyleri belirlenmiştir. Boyaların HOMO ve LUMO enerji düzeyleri ile DSSC'lerde kullanımı ve güneş pili verim özellikleri ile ilişkileri araştırılmıştır. Bu çalışmada ayrıca hidrotermal yöntemle farklı sıcaklılarda TiO2 NP'ler sentezlenmiş ve bu NP'ler XRD, FE-SEM ve DRS ile karakterize edilmiştir.  Fenil grubuna bağlı karboksi bağlayıcı grubunun güneş pili verim özelliklerinin fenil grubu bulunmayan karboksi bağlayıcı grubuna göre kısmen daha yüksek görülmektedir. Sentezlenen ftalosiyanin boyalar arasında en yüksek güneş pili verimi 2-karboksietinil bağlayıcı gruplu (ZnPc4)'ün CDCA aggregasyon önleyici eklenmiş ile hazırlanan örnekte olduğu bulunmuştur. Hazırlanan güneş pillerinin ayrıca elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) çalışmaları gerçekleştirilmiştir. ZnPc4'ün EIS sonuçlarına göre en düşük direnç, en uzun elektron ömrüne ve en kısa elektron taşıma süresine sahip olduğu bulunmuştur. Bu çalışma ile, DSSC'lerde kullanılan fotoanotlara boyaların tutunmasında etkin rol oynayan bağlayıcı gruplarına fenil grubunun eklenmesinin güneş piline etkisi incelenmiştir. DSSC'lerde yakın infrared bölgeyi kuvvetli soğurabilen iki yeni AB3 tipi ftalosyanin kazandırılmış ve DSSC uygulamaları için alternatif boyaların geliştirildiği nispeten yüksek güneş pili verimliliğine sahip sistemler geliştirilmiştir.

Abstract:
In this study, the synthesis and characterization of phthalocyanines with 4-terbutylphenoxy substituent groups and 2-carboxyphenylethinyl (ZnPc3) and 2-carboxyethynyl (ZnPc4) linker groups and dye sensitive solar cell applications were carried out. Characterizations of the synthesized ZnPc3 and ZnPc4 dyes were performed by taking FTIR, UV-Vis, H-NMR and PL curves. In addition, HOMO and LUMO energy levels were determined by electrochemical characterization of the synthesized dyes using CV and SWV techniques. The relationship between the HOMO and LUMO energy levels of the dyes, their use in DSSCs and their solar cell efficiency properties were investigated. In addition, in this study, TiO2 NPs were synthesized at different temperatures by hydrothermal method and XRD, FE-SEM and DRS characterizations were performed. The solar cell efficiency properties of the carboxy linker group with the phenyl group are partially higher than the carboxy linker group without the phenyl group. Among the synthesized phthalocyanine dyes, the highest solar cell efficiency was found in the sample prepared with 2-carboxyethynyl binding group ZnPc4, CDCA aggregation inhibitor. This complex dye was also found to have the lowest resistance, longest electron lifetime and shortest electron transport time according to electrochemical impedance spectroscopy (EIS) studies. The results obtained in this study, the effect of the addition of phenyl group to the binder groups, which play an active role in the adhesion of dyes to the photoanodes used in dye-sensitized solar cells, on the solar cell were investigated. Two new AB3 type phthalocyanines, which can absorb strongly in the near infrared region, have been added to dye-sensitized solar cells, and systems with relatively high solar cell efficiency have been developed, where alternative dyes have been developed for dye-sensitized solar cell applications.