Akademik Veri Yönetim Sistemi
Çırpan A. (Yürütücü), Yıldırım E., Kanbur Y., Hızalan Özsoy G., Yıldız D. E.
TÜBİTAK Projesi, 2023 - 2026
Fosil yakıtların öngörülebilir tükenişi ve ciddi bir
problem haline gelen küresel ısınma sorunları sebebiyle düşük maliyete sahip,
temiz ve yenilenebilir teknolojilere yönelim zorunluluk haline gelmiş
bulunmaktadır. Mevcut çevre sorunlarını ve yetersiz enerji kaynakları göz
önünde bulundurularak, akademide ve endüstride araştırmalar güneş enerjisi
temelli fotovoltaik teknolojilerin geliştirilmesine kaymıştır. Temiz ve
yenilenebilir enerji teknolojisinin gelişiminde, güneş enerjisinin elektrik
enerjisine dönüştürülmesi önemli bir yer tutmaktadır. Bu sebepler göz önüne
alındığında, güneş enerjisi temelli fotovoltaik cihazlarda, organik güneş hücreleri
(OSC) esneklikleri, ucuz olmaları ve bant üretime uygun olmalarıyla öne
çıkmakta ve bu alanda çok önemli ilerlemeler kaydettikleri görülmektedir.
Organik güneş
hücreleri (OSC) yapımında birkaç yıl öncesine kadar sıklıkla alıcı ünite olarak
kullanılan fulleren türevleri üstün yük taşıma özellikleriyle ön plana
çıkmaktadırlar, ancak sahip oldukları zor ve yüksek maliyetli üretim ve güneş
ışımasını zayıf soğurma gibi dezavantajlara sahipler. Fulleren türevlerinin
sahip oldukları bu dezavantajlar göz önüne alınarak son yıllarda bilim camiası
fulleren içermeyen alıcılar üzerine yoğunlaşmış bulunmaktadırlar. Son
araştırmalar sonucunda, fulleren içermeyen alıcılar kullanılarak %18 güç
verimine sahip OSC’ler üretilmişlerdir. Kolay moleküler orbital enerji seviyesi
mühendisliği, ucuz üretim maliyetleri ve yüksek güneş ışığı soğurması gibi
özellikleriyle fulleren içermeyen alıcı küçük moleküller günümüzde fulleren
içeren türevlere iyi birer rakip olarak öne çıkmaya başlamışlardır. Bu proje
kapsamında NFA molekülleri, F ve Cl atomunu polimer ana iskeletinde içeren
farklı π-köprüleri (tienotiyofen, selenofen, tiyofen) kullanılmasıyla özgün
kinokzalin (Qx) yapı taşları sentezlenecek ve benzoditiyofen (BDT) yapı taşıyla
polimerleştirilip özgün polimerler elde edilecektir. Elde edilen özgün BDT ve
Qx içeren polimerler ile daha sonra Polimer:Akseptör1:Akseptör2 karışımının
oranları değiştirilerek en az %14 verime sahip üçlü organik güneş hücreleri
(TOSCs) geliştirilecektir.
Polimerlerin çözeltide ve film hallerinde ışığı soğurma
özellikleri incelenecektir. Düz ve ters mimariye sahip güneş hücrelerinin
üretimi ve ölçümleri için tüm prosesler azot atmosferli eldivenli kabin
sistemleri içerisinde gerçekleştirilecektir. Cihazların J-V karakteristikleri
güneş simülatörü altında incelenecektir. Elde edilen akım-gerilim eğrisinden
kısa devre akım yoğunluğu (Jsc) ve açık devre gerilimi (Voc), dolum faktörü
(FF), güç çevirim verimi (PCE) parametreleri hesaplanacaktır. Çözücü
karışımları kullanma ve dışarıdan organik malzemeler ekleme gibi optimizasyon
çalışmaları ile pil performansı geliştirilecektir. Gelen ışığın akıma dönüşüm
verimi (IPCE) ise, IPCE ölçüm sistemi yardımıyla belirlenecektir. Atomik kuvvet mikroskopisi (AFM) ve
transmisyon elektron mikroskopisi (TEM) kullanılarak ince film morfolojileri
belirlenecektir. Termal ve çözelti tavlama yöntemlerinin morfolojiye etkisi
araştırılacaktır. Yük mobiliteleri SCLC metodu ile belirlenecektir.
Inorganik güneş hücreleri opak yapıları
(AVT değeri %0) ve inorganik malzemelerin değişmeyen optik özellikleri
sebebiyle yarı şeffaf güneş hücresi uygulamaları için uygun değildir. Organik
güneş hücrelerinde kullanılan organik malzemelerin elektronik ve optik
özelliklerini sentetik metotlarla değiştirmek mümkündür. Yarı şeffaf güneş
hücreleri için uygun olan tek teknoloji organik güneş hücreleridir. Bu proje
kapsamında, organik yarı şeffaf güneş hücreleri üretilecek ve J-V, EQE ve ortalama ışık geçirgenliği
karakterizasyonları yapılacaktır.
Bu projede, hücre üretiminde özgün polimerlerin ve sentezlenecek olan özgün nonfulleren akseptörlerin kullanılmasıyla ve bunun literatürde henüz yenilikçi bir yöntem kullanılarak yapılması öngörülmüştür. Bu bağlamda hem güneş hücrelerinin geliştirilmesi hem de üretim teknolojilerinin geliştirilmesi ön plandadır. Söz konusu hücrelerin üretim faaliyetleri detaylı şekilde irdelenecek bilgi birikimine de katkıda bulunacaktır. Proje kapsamında özgün 18 adet verici tipi konjuge polimer ve 2 adet fulleren içermeyen alıcı tipi küçük molekül sentezlenecek olup, söz konusu özgün malzemeler kullanılarak üç bileşenli organik güneş hücreleri üretilecektir. Proje kapsamında yapılacak çalışmalarla patentler alınması ve yüksek etki faktörlü dergilerde yayın yapılması hedeflenmektedir.