Investigation of Optoelectronic Properties by Synthesizing Hybrid Nano-semiconductors in New Generation Solar Cells

Abstract

Toplumumuzdaki enerji gereksinimleri fosil yakıtları üzerine kurulmuştur fakat bu fosil yakıtlar hem sınırlıdır hem de fosil yakıtların yanmasıyla karbondioksit konsantrasyonunun hızlı artışı küresel ısınmaya ve iklim değişikliklerine neden olmaktadır. Bu koşullar altında alternatif ve temiz bir enerji kaynağı olarak fotovoltaik (PV) güneş hücrelerine ilgi artmaktadır. Son yıllarda silisyum güneş hücreleri ve ince film tabanlı güneş hücrelerinin kullanılması aktif olarak çalışılmaktadır. Fakat bu güneş hücreleri toplumların günümüzde kullandığı elektrik üretimi ile rekabet edemeyecek kadar pahalıdır. Güneş hücrelerinin maliyetinin azaltılması ve enerji dönüşümü veriminin artırılması için önemli fikirlerden biri de nano-yarıiletken tabanlı yeni nesil boya duyarlı güneş hücrelerinin (DSSC) üretilmesidir. Bu çalışmada, TiO2 yarıiletken üzerine CuO sentezlenerek hibrit malzeme oluşturulmuş ve DSSC hücrelerinde foto anot olarak kullanılmıştır. TiO2 yarıiletkeni hidrotermal yöntemle hazırlanmıştır. Hazırlanan TiO2 yarıiletkeni üzerine CuO hidrotermal metot ile sentezlenmiştir. DSSC'lerde boya olarak N719, karşıt elektrot olarak da platin kullanılmıştır. Yapısal ve optik karakterizasyon için Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Enerji Dağılımlı X-Işını spektroskopisi (EDAX), X-Işını Kırınımı (XRD), UV-vis soğurma ve Fotolüminesans (PL) kullanılmış ve Akım yoğunluğu-voltaj (J-V) ölçümünden hücre verimleri hesaplanmıştır. SEM analizinden CuO/TiO2 nano-yarıiletkenin yüksek yüzey hacim oranında sentezlendiği ve yaklaşık 20-50 nm kristal boyutlarının olduğu belirlenmiştir. EDAX ölçümlerinden TiO2 yarıiletkeni üzerine sentezlenen CuO yarıiletkeninin varlığı net bir şekilde gösterilmiştir. XRD ölçümlerinden yüksek saflıkta kristalleşmelerin olduğu ve CuO/TiO2 nano-yarıiletkenin varlığı tespit edilmiştir. Güneş hücresi üretimi iki aşamada gerçekleştirilmiş ve ilk olarak saf TiO2 ile üretilen güneş hücrelerinde hücre verimi η= %4,99 olarak elde edilirken CuO/TiO2 ile elde edilen hücrenin verimi ise %6,14 olarak elde edilmiştir. DSSC'lerde TiO2 yarıiletkenine CuO katkılanmasıyla hücre veriminin %20 arttığı görülmüştür.