FTO/TİO2/MAPbI3/C60/Ag tabakaları ve perovskit güneş hücresinin stres faktörleri altında karakterizasyonu

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan Güneş enerjisi büyük bir potansiyele sahiptir. Ancak yenilenebilir enerjilerden elektrik enerjisi üreten sistemler ve teknolojiler sürdürülebilir kullanım için yüksek verim ve düşük maliyetleri karşılamak noktasında yetersiz kalmaktadır. Güneş hücrelerinin üretimindeki teknolojilerin ilerlemesi ile yeni nesil güneş hücreleri kendilerine bu alanda yer bulmaya başlamışlardır. Bu yeni nesil güneş hücreleri arasında olan perovskit güneş hücreleri düşük maliyetleri ve yüksek verimleriyle bilim insanlarının dikkatini çekmektedir. Ancak perovskit güneş hücrelerinin piyasada ticari olarak bulunamamasının sebebi üretimlerinden kısa bir süre sonra bozunmaları ve verimlilik değerlerini kaybetmeleridir. Bu tez çalışmasında; FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/C60/Ag konfigürasyonunda üretilmiş olan perovskit güneş hücrelerinin hem hücre hem de tabaka bazlı bozunmaları incelenmiştir. Bu bağlamda tabakalardan CH3NH3PbI3 ve C60 termal buharlaştırma yöntemi ile TiO2 tabakası ise sputter (saçtırma) yöntemi ayrı ayrı cam taban malzemeler üzerine büyütülmüştür. Üretilen malzemelerin yapısal karakterizasyonu için XRD (X- ışını Kırınımı) desenlerinin analizleri, yüzey morfolojisi analizleri için Taramalı Elektron Mikroskobu, optik absorbasyon ve ışıl geçirgenlik için UV-Vis Soğurma Spektroskopisi analizleri yapılmıştır. Üretilen malzemelerin bozunma mekanizmaları laboratuvar atmosferi, vakum atmosferi, ışık banyosunda, ultraviyole ışık altında ve oksijen gazı altında yaşlandırılmış durumları için elektriksel karakterizasyon yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Elektriksel karakterizasyon yöntemleri olarak ışık akısına bağlı, sıcaklığa bağlı, zamana bağlı, karanlık ve aydınlık iletkenlik ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Stres faktörleri altında tabakalarda elde edilen sonuçlar ile hücrelerde elde edilen sonuçlar arasında korelasyon kurularak bozunmanın etkilerine ışık tutulmaya çalışılmıştır.

Solar energy, which is one of the renewable energy sources, has a great potential. However, systems and technologies that produce electrical energy from renewable energies are insufficient to meet high efficiency and low costs for sustainable use. With the advancement of technologies in the production of solar cells, new generation solar cells have begun to find a place for themselves in this field. Perovskite solar cells, which are among these new generation solar cells, attract the attention of scientists with their low cost and high efficiency. However, the reason why the perovskite solar cells are not commercially available in the market is that they degrade shortly after their production and lose their efficiency values. In this thesis study; both cell and layer-based degradation of perovskite solar cells produced in FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/C60/Ag configuration were investigated. In this context, CH3NH3PbI3 and C60 are produced by thermal evaporation method and TiO2 layer is produced by sputter method separately on glass substrates. XRD (X-ray Diffraction) analyses were performed for the structural characterization of the produced materials. Scanning Electron Microscope analyzes (Scanning Tunneling Microscope) were performed for surface morphology analyzes. UV-Vis Absorption Spectroscopy analyzes were performed for optical absorption and light transmittance. The degradation mechanisms of the produced materials were characterized by electrical characterization methods for their aged conditions in laboratory atmosphere, vacuum atmosphere, light soaking, ultraviolet (UV) light application and oxygen application. As electrical characterization methods, light flux-dependent, temperature-dependent, time-dependent, dark and light conductivity measurements were carried out. The effects of degradation were evaluated by establishing a correlation between the results obtained in the layers under stress factors and the results obtained in the cells.