Boosting stability and efficiency in perovskite solar cells by utilization of passivators and organic charge carriers
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: ZEYNEP GÖZÜKARA KARABAĞ
Danışman: Emrullah Görkem Günbaş
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Kurşun bazlı perovskit malzemeler, yüksek absorpsiyon katsayısı, taşıyıcı hareketliliği ve ayarlanabilir bant aralığı gibi olağanüstü özellikleri nedeniyle fotovoltaikler için umut verici bir seçenektir. Ancak, perovskit güneş hücrelerinin (PGH'lerinin) kararlılığını artırmak önemli bir zorluktur. Bu zorluğa yönelik etkili stratejilerden biri, ağırlıklı olarak feniletilamonyum (PEA+) tuzlarına dayalı 2D perovskitlerin kullanıldığı yüzey pasivasyonudur. Bu tezde gerçekleştirilen sistematik çalışmalar, m-BrPEAI gibi halojenlenmiş PEA+ tuzlarının yüksek verimlilikler (%23,42) sağladığını, ancak m-ClPEAI ile işlem görmüş hücrelerin üstün kararlılık ve yeniden üretilebilirlik sunduğunu ortaya koymuştur. Özellikle metoksile edilmiş PEA+ tuzları, o-OMe-PEAI gibi, kusur yoğunluğunu ve ışıma olmayan rekombinasyon oranlarını azaltarak %23'ün üzerinde güç dönüşüm verimliliklerine (PCE) ulaşılmasını sağlamaktadır. Yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) bu iyileştirmelerin, uygun oluşum enerjilerinden ve optimal moleküler yönelimlerden kaynaklandığını öne sürmektedir. Ayrıca, DFH tabanlı NiOx pasivasyon molekülleri ve fullerene alternatif termal olarak buharlaştırılabilir NDI türevlerinin tasarımı ve sentezi gerçekleştirilmiş ve tersinir PGH'lerindeki ön performansları gösterilmiştir. Polimerik pasivasyon katmanları, PGH'lerinin performansını artırma potansiyeline sahiptir. Diketopirolopirol (DPP) bazlı polimerlerin, sezyum formamidinyum metilamonyum (CsFAMA) bazlı perovskitlere entegrasyonu, kristalizasyon, kusur yönetimi ve termal kararlılığı iyileştirmektedir. Bu çalışmada, polimerik katkı malzemesi 1 (poly-ADD1) polimerini içeren PGH'leri, modifiye edilmemiş hücrelere kıyasla %21 oranında daha yüksek verimlilik sağlamıştır. Bu hücreler, ortam koşullarında 85°C'de 1600 saat depolama sonrası verimliliklerinin %67'sini korurken, referans hücrenin başlangıç veriminin %29'unu koruduğu gözlenmiştir. Bu araştırma, yenilikçi pasivasyon tekniklerinin geliştirilmesine ilişkin kritik bilgiler sunmaktadır. PGH'lerinin kararlılık sorunlarına çözümler sunarak ticari uygulamaları için önemli bir adım atmaktadır