ZnO:Cu ve ZnO:Mn tabanlı boya duyarlı güneş pillerinin fabrikasyonu ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of ZnO:Cu and ZnO:Mn based dye-sensitized solar cells
Yazar: HALİL EŞGİN
Danışman: PROF. DR. YASEMİN ÇAĞLAR
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Hidrotermal sentez = Hydothermal synthesis ; X ışını fotoelektron spektroskopisi = X ray photoelectron spectroscopy

Özet:
Bu çalışmada, nanoyapılı çinko oksit (ZnO) tozları hidrotermal sentez yöntemiyle elde edilmiştir. Elde edilen nanoyapılı ZnO tozu, bakır (Cu) ve mangan (Mn) elementleriyle %0,1, %0,5, %1, %3 ve %8 oranlarında katkılanmıştır. Katkılama işleminin katkısız ZnO nanoyapısı üzerindeki morfolojik, yapısal ve optik özelliklere etkisi Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), X-Işını Difraktometresi (XRD), X-Işını Fotoelektron Spektrometresi (XPS) ve UV-VIS Spektrofotometresi ile incelenmiştir. Katkısız ve katkılı nanoyapılı ZnO tozları, pasta haline getirilerek sıyırma tekniği (doctor blade) ile flor katkılı kalay oksit (FTO) kaplanmış cam yüzeyler üzerine kaplanmıştır. Üretilen filmler 450 °C sıcaklıkta kademeli olarak tavlanmış, sonrasında rutenyum 535-bis TBA boya çözeltisi içerisine daldırılarak üzerlerine boya emdirilmesi sağlanmıştır. Daldırma süresinin etkisini incelemek adına filmler farklı süreler boyunca daldırılma işlemine maruz bırakılmıştır. Süre, verimin doyuma ulaştığı an ile sınırlandırılmıştır. Üzerlerine boya emdirilen ZnO filmleri XRD, SEM ve UV-VIS spektrofotometresi cihazlarıyla karakterize edilmiştir. Üzerine boya emdirilen filmler, sandviç tipi DSSC oluşumunu sağlamak için platin kaplı karşıt elektrot ile birleştirilmiş ve içerisine elektrolit olarak iyodür çözeltisi eklenmiştir. ZnO bazlı boya duyarlı güneş pillerinin (DSSC), solar simülatör altında akım yoğunluğu-voltaj (J-V) grafikleri elde edilmiştir. Bu grafiklerden; güneş pili verimi (η), kısa devre akım yoğunluğu (Jsc), açık devre gerilimi (Voc), dolum faktörü (FF) değerleri elde edilerek pil performansları değerlendirilmiştir.

Abstract:
In this study, nanostructured zinc oxide (ZnO) powders were obtained by hydrothermal synthesis method. The obtained ZnO nanostructures were doped with copper (Cu) and manganese (Mn) elements at dopant rates of 0.1%, 0.5%, 1%, 3% and 8%. The effects of dopants on the morphological, structural, and optical properties on the nanostructure of the doped ZnO were examined by Scanning Electron Microscope (SEM), X-Ray Diffractometer (XRD), X-Ray Photoelectron Spectrometer (XPS), and UV-VIS Spectrophotometer. The undoped and doped nanostructured ZnO powders were made into paste and coated on fluorine doped tin oxide (FTO) coated glass surfaces with doctor blade method. The produced films were gradually annealed at 450 °C, then they were immersed in a rutenyum 535-bis TBA dye solution and dye was impregnated on them. In order to examine the effect of dipping time, the films were subjected to the dipping process for different time periods. The time period was limited as the cells reached saturation of efficiency. Dye immersed ZnO films have been characterized by XRD, SEM and UV-VIS spectrophotometer devices. Afterwards, the dye-absorbed films were clipped with a platinum-coated counter electrode to provide a sandwich-type DSSC formation and iodide solution was added as the electrolyte. The current density-voltage (J-V) graphs of the ZnO-based dye sensitized solar cells (DSSC) were obtained under the solar simulator. With these curves; Solar cell efficiency (η), short circuit current density (Jsc), open circuit voltage (Voc), filling factor (FF) values were obtained and cell performances were evaluated.