Biyofloresans malzeme esaslı boya-duyarlı güneş hücrelerinin geliştirilmesi
Development of biofluorescence material based dye-sensitized solar cells
Yazar: HANİFE ARSLAN
Danışman: PROF. DR. SAVAŞ SÖNMEZOĞLU
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Tez çalışmasında, yeşil floresans protein (GFP) ve onun farklı renklerdeki; cyan/turkuaz (Aquamarine), mavi (BFP2), kırmızı (mCherry), uzak-kırmızı (RFP675), safir/mavi (sapphire), sarı (YFP) floresans protein türevlerinin ekspresyon, indüksiyon ve saflaştırma işlemlerinden sonra UV-Vis spektroskopisi ve SDS-PAGE (Sodyum dodesil sülfat poliakrilamit jel elektroforezi) cihazları ile nitel ve nicel analizleri yapılmıştır. Soğurum ve uyarılma değerlerinden güneş ışığı spektrumundaki görünür ışığın (300-700 nm) tüm proteinler tarafından soğurulabileceği tespit edilmiş, böylece bu proteinlerin boya duyarlı güneş hücrelerinde (BDGH) duyarlaştırıcı boya olarak kullanılabilme potansiyelinin olduğu anlaşılmıştır. Ardından, sentezlenen bu floresans proteinler ve karışımları (iki veya daha fazla proteinin bir araya getirilmesi) BDGH'lerde yaygın bir şekilde boyar madde olarak kullanılan Rutenyum (Ru) metal katkılı sentetik boyaların (N719) yerine kullanılmışlardır. Üretilen BDGH'lerin akım yoğunluğu-gerilim (J-V), gelen fotonu akıma dönüştürme verimi (IPCE), açık devre voltaj bozunumu (OCVD), empedans spektroskopisi (EIS) ölçümleri yapılarak fotovoltaik karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. GFP duyarlı BDGH'lerde en yüksek güneş hücresi dönüşüm verimliliği (Ƞ) (%0,108) ve açık devre akım yoğunluğu (JSC) (0,323 mA/cm2) değerleri elde edilmiştir. Bu sonuçlardan, GFP boyaların diğer varyantlarına kıyasla yarı iletken oksit tabaka yüzeyine daha verimli tutunabildiği yorumlanmıştır. Benzer şekilde IPCE ve OCVD ölçümlerinden de en iyi sonuçlar GFP duyarlı BDGH'den elde edilmiştir. GFP ve türevlerinin karışım yapılarak duyarlaştırıcı olarak kullanıldığı hücrelerin fotovoltaik özellikleri incelendiğinde bunların arasından GFP+Sapphire en yüksek JSC (0,628 mA/cm2) ve Ƞ (%0,206) değerlerini göstermiştir. GFP molekülünün floresans özelliği sapphire moleküllerinin ışık soğurumunu arttırak bu numunedeki foto-akım değerinin daha yüksek çıkmasına neden olduğu düşünülmüştür. Tüm bunlara ek olarak, N719 boyası ile GFP+N719 ve GFP+Sapphire +N719 karışımları kullanılarak BDGH'ler üretilmiş ve J-V, IPCE, OCVD analiz sonuçlarından en yüksek güneş hücresi performansını GFP+Sapphire+N719 duyarlı hücre göstermiştir.

Abstract:
In this thesis study, after expression, induction and purification of green fluorescent protein (GFP) and its different colors fluorescence protein derivatives such as cyan / turquoise (Aquamarine), blue (BFP2), red (mCherry), far-red (RFP675), sapphire / blue (sapphire), yellow (YFP) were subjected to qualitative and quantitative analysis by UV-Vis spectroscopy and SDS-PAGE (Sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis) devices. From the absorbance and excitation values, it was found that the visible light in the sunlight spectrum (300-700 nm) could be absorbed by all proteins, so that these proteins had the potential to be used as sensitizing dye in dye-sensitized solar cells (DSSC). Subsequently, these synthesized fluorescent proteins and their mixtures (combining two or more proteins) were used in place of Ruthenium (Ru) metal doped synthetic dyes (N719), which are commonly used as sensitizers in DSSCs. The photovoltaic characterizations of the produced DSSCs were carried out by measuring the current density-voltage (J-V), incident photon conversion efficiency (IPCE), open circuit voltage decay (OCVD), impedance spectroscopy (EIS). The highest solar cell conversion efficiency (Ƞ) (0.108%) and open circuit current density (JSC) (0.323 mA/cm2) were obtained in GFP sensitized DSSCs. These results indicate that GFP dyes can be more efficiently adhering on the surface of the semiconductor oxide layer compared to other variants. Similarly, the best results from IPCE and OCVD measurements were obtained from GFP-sensitized DSSCs. GFP+Sapphire showed the highest JSC (0.628 mA/cm2) and Ƞ (0.206 %) values between the GFP and its derivatives as a sensitizer. The fluorescence property of the GFP molecule was thought to increase the light absorption of the sapphire molecules, resulting in a higher photo-current value in this sample. In addition to all these, DSSCs were produced using GFP+N719 and GFP+Sapphire+N719 mixtures with N719 dye and the highest solar cell performance from J-V, IPCE, OCVD analysis results showed GFP+ Sapphire+ N719 sensitized cells.