Fe3O4 nanoparçacık ve mpg-C3N4 nanokompozit katkılı P3HT:PCBM tabanlı organik güneş pillerinin fabrikasyonu, optik, morfolojik, yapısal ve elektriksel karakterizasyonu

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Anabilim Dalı, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2017

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: ZAKİR ÇALDIRAN

Danışman: Şakir Aydoğan

Özet:

Doktora tezi olarak sunulan bu çalışmada P3HT:PCBM fotoaktif tabakası ile organik güneş pili yapıldı ve yapılan güneş pillerinin güç dönüşüm veriminin arttırılmasının yolları araştırıldı. ITO yüzeyine dönel kaplama yöntemi ile hol taşıma tabakası olarak PEDOT:PSS kaplandı ve aynı yöntemle eldivenli kabin içerisinde PEDOT:PSS yüzeyine 1:1, 1:0,8, 1:0,6 oranında karıştırılmış P3HT:PCBM aktif tabakası kaplandı. PEDOT:PSS, P3HT, PCBM ve P3HT:PCBM malzemelerinin soğurma, AFM, SEM, EDAX, XRD, Raman ve XPS ölçümleri alındı. İlk etapta farklı oranlardaki P3HT:PCBM yüzeyine termal buharlaştırma yöntemi ile Al kaplanarak ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al organik güneş pili yapısı elde edildi ve test edildi. Daha sonra aynı prosedür ile metalden önce aktif tabaka yüzeyine 2 nm kalınlığında LiF kaplandı ve LiF tabakasının ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al organik güneş pillerinin karakteristik parametrelerine etkisi incelendi. Elde edilen her iki tasarımdaki toplam altı farklı numune incelendiğinde LiF tabakası olmadan %1,54 olan en yüksek verimin 1:0,8 oranındaki P3HT:PCBM'den elde edildiği ve aynı katkı oranına sahip LiF tabakalı aygıtın güç dönüşüm veriminin %2,74 olduğu görüldü. Bu aşamadan sonra organik güneş pillerinin kısa difüzyon uzunluğu, sınırlı taşıyıcı transferi, düşük taşıyıcı mobilitesi, düşük optik soğurma şiddeti ve düşük güç dönüşüm verimi problemlerine çözüm sağlamak için ayrı tasarımlarda P3HT:PCBM'e farklı oranlarda hem Fe3O4 nanoparçacıkları hem de mpg-C3N4 nanokompozit malzemeleri katkılandı. Referans ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/LiF/Al organik güneş pili ile aynı şartlarda elde edilen üçlü P3HT:PCBM:Fe3O4 ve P3HT:PCBM:mpg-C3N4 aktif tabakalı güneş pillerinin güç dönüşüm veriminin katkı oranına bağlı olarak değiştiği gözlendi. Aktif tabakaya farklı oranlarda Fe3O4 katkılamanın sonucunda %6 oranında katkılamada en yüksek verim (%4,49) elde edildi ve daha sonra katkı oranı arttıkça verimin düştüğü görüldü. Benzer şekilde P3HT:PCBM'e farklı oranlarda mpg-C3N4 katkılandı. %4 oranında mpg-C3N4 katkılanması ile %3,70 değerindeki en yüksek verim elde edildi ve daha sonra artan katkı oranı ile verim düşmeye başladı. %7 katkı oranından sonra referans aygıtın değerinden daha düşük olan verim değeri gözlendi. En yüksek verim değerlerinin elde edildiği katkı oranları dikkate alınarak P3HT:PCBM:Fe3O4 ve P3HT:PCBM:mpg-C3N4 filmlerinin soğurma, AFM, SEM, EDAX, XRD, Raman ve XPS ölçümleri alındı. Fotoaktif tabakaya Fe3O4 ve mpg-C3N4 katkılamanın soğurma şiddetini arttırarak organik güneş pillerinin veriminin artmasında etkili olduğu sonucu elde edildi.