Fulleren içermeyen akseptör tipli moleküllerin organik güneş pillerinde kullanılması
Use of non-fullerene type acceptor molecules in organic solar cells
Yazar: MEHMET KAZİCİ
Danışman: PROF. DR. SERAP GÜNEŞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Fulleren içermeyen çözünebilir akseptör tipli moleküller, kolay sentezlenmeleri, düşük maliyetli olmaları, UV bölgedeki soğurmaları ve elektronik enerji seviyelerinin (HOMO-LUMO) kolay ayarlanabilir olması gibi özellikleri sayesinde organik güneş pili uygulamaları için kayda değer bir şekilde ilgileri üzerine çekmektedir. 
Bu tezde, güçlü elektron çekme özelliğine sahip siyano (CN) grubu içeren çözünebilir fulleren olmayan yeni CPCPFA ve BPCPFA küçük moleküllerinin, yapısal, spektroskopik ve elektronik özellikleri hem teorik hem de deneysel olarak incelendi. CPCPFA ve BPCPFA küçük molekülleri ile birlikte P3HT ve AnPV-stat polimerleri donör olarak kullanılarak ilk kez, hem geleneksel, hem de tersine çevrilmiş yapılarda organik güneş pilleri üretildi. XRD, SEM ve AFM ölçümleri kullanılarak aktif tabakalardaki yapısal ve morfolojik özellikler incelendi. AnPV-stat:CPCPFA ve AnPV-stat:BPCPFA karışımları içeren tersine çevrilmiş organik güneş pillerinde sırasıyla 1112 mV ve 1059 mV yüksek açık devre gerilim (Voc) değerleri elde edildi.
Bu tez çalışmasının son kısmında, fulleren içermeyen, FTTB akseptör molekülü için, Yoğunluk Fonksiyonel Teori (DFT) metodu kullanılarak, HOMO-LUMO enerji seviyeleri hesaplandı. Tersine çevrilmiş organik güneş pillerinde, dört farklı elektron taşıyan tabaka (PEIE, PEIE/ZnO, ZnO ve ZnO/PEIE) için ilk kez P3HT:FTTB (Donör:Akseptör) karışımı kullanılıp aygıtlar üretildi. Üretilen aygıtlar için IPCE, SEM ve AFM ölçümleri alınarak fotovoltaik ve morfolojik özellikler incelendi. P3HT:FTTB karışımının aktif tabaka olarak kullanıldığı tersine çevrilmiş organik güneş pillerinde % 2,0 verim değerlerine ulaşıldı.

Abstract:
Soluble non-fullerene acceptor type molecules have attracted significant attention due to their easy synthesis, low cost, high absorption in the UV region and easily tailored electronic energy levels (HOMO-LUMO) for organic solar cell applications.
In this thesis, structural, spectroscopical and electronic properties of novel soluble non-fullerene CPCPFA and BPCPFA small molecules, which contain strong electron withdrawing cyano (CN) groups, have been investigated both theoretically and experimentally. Both traditional and inverted type organic solar cells have been fabricated using small molecules of CPCPFA and BPCPFA with P3HT and AnPV-stat polymers as donors for the first time. Morphological and structural properties of active layers have been investigated using XRD, SEM and AFM measurements. Inverted organic solar cells that contain AnPV-stat:CPCPFA and AnPV-stat:BPCPFA mixtures yield high open circuit voltages (Voc) of 1112 mV and 1059 mV, respectively.
Finally, HOMO-LUMO energy levels have been calculated for non-fullerene acceptor of FTTB using density functional theory (DFT). In inverted type organic solar cells, four different electron transport layers (PEIE, PEIE/ZnO, ZnO ve ZnO/PEIE) have been used to produce P3HT:FTTB (Donor:Acceptor) blend devices for the first time. Morphological and photovoltaic properties have been studied by means of IPCE, SEM and AFM measurements. We achieved power conversion efficiency of 2.0% for inverted type organic solar cells in which P3HT:FTTB blend is used as active layer.