Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Atatürk Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Berrak ÇALIŞKAN
Danışman: Enes Şayan
Özet:
Amaç: Bu tez çalışması kapsamında, boya duyarlı güneş hücreleri (BDGH) bileşenlerinden biri olan foto-anotta saf TiO2’ye Ag+1, Zn+2, Fe+3, Co+2, Ho+3, La+3, Er+3, Yb+2 katkılaması yapılarak güç dönüşüm verimliliğinin artırılması amaçlanmıştır. Ayrıca BDGH’lerinin bir diğer bileşeni olan foto-katotta Platine alternatif olarak GO-PVP ve rGO-PVP ve duyarlılaştırıcı olarak ise N-719 boyasına alternatif olabilecek hibiskus bitkisinden ekstrakte edilen doğal boya kullanılarak daha ucuz ve kolay bulunabilen malzemelerle güneş hücresi üretilmesi amaçlanmıştır.
Yöntem: BDGH’lerin bileşenlerinden birisi olan foto-anotta ilk olarak, manyetik saçtırma tekniği ile FTO taban malzemesi saf titanyum ince filmler hazırlanmış ve ardından anodizasyon yöntemiyle TiO2 nano gözenekli yapılar oluşturulmuştur. Ayrıca, güç dönüşüm verimliliğine etkisini incelemek amacıyla %1 M (Ag+1, Zn+2, Fe+3, Co+2, Ho+3, La+3, Er+3, Yb+2) katkılı TiO2 nano-gözenekli yapılar oluşturulmuştur. İkinci olarak ise, sol-jel yöntemi ile sentezlenen saf TiO2 pastaya farklı yüzde oranlarda (Ag+1, Zn+2, Fe+3, Co+2, Ho+3, La+3, Er+3, Yb+2) katkılayarak ‘Doctor Blade’ yöntemi ileTiO2 ince filmler oluşturulmuştur. BDGH’lerinin güç dönüşüm verimi üzerine TiCl4 etkisini incelemek amacıyla 0.05 M TiCl4 ile muamele edilmiş fotoanotların I-V ölçümleriyle güç dönüşüm verimi üzerine etkisi tespit edilmiştir. BDGH’lerin bir diğer bileşeni foto-katot için; GO-PVP ve rGO-PVP Hummers Yöntemi ile sentezlenerek FTO iletken taban malzemelerine ‘Doctor Blade’ tekniği ile uygulanmıştır. Hibiskus bitkisinden ekstrakte edilen boyalar ile N-719 boyası, UV-vis ve FTIR ile analiz edilmiştir. Sentezlenen foto-anotlar ve foto-katotların SEM-EDS, XPS, XRD, Raman, BET, UV-vis ve EIS teknikleriyle morfolojik, yapısal ve optiksel karakterize edilmiştir. Oluşturulan hücrelerin güç dönüşüm verimleri I-V ve IPCE teknikleriyle analiz edilmiştir.
Bulgular: Hazırlanan hücrelerden 1.0 La TiO2 (TiCl4)-N-rGO, 1.0 Ho TiO2-N-rGO ve 1.0 Co TiO2-N-rGO hücreleri için sırasıyla akım yoğunlukları 17,04 mA/cm2, 17,8 mA/cm2 ve 13,8 mA/cm2 verimleri ise, %3,87, %2,87 ve %2,85 ile en yüksek güç dönüşüm verimliliği sergilemiştir. TiO2-N-rGO hücresinin akım yoğunluğu 8,39 mA/cm2, verimi %1,5 ve TiO2 -NPt hücrenin akım yoğunluğu 2,13 mA/cm2, verimi %1,5 olarak tespit edilmiştir. Hibiskus bitkisinden elde edilen boyanın kullanıldığı hücreler içerisinden en iyi verimi %0,25 ile TiO2 (TiCl4)-H-rGO hücresinden elde edilmiştir.
Sonuç: Üretilen tüm güneş hücrelerinin ışığa duyarlı olduğu belirlenmiştir. Katkılama güç dönüşüm verimi üzerinde olumlu etki etki ederken doğal boya olarak kullanılan hibiskus boyası güç dönüşüm verimi üzerinde zayıf kalmıştır. Fotovoltaik uygulamalar için, lantanit elementlerinin iyi bir seçenek olduğu ortaya konmuştur.