Yüksek verimli perovskit güneş modüllerinin geliştirilmesi

Abstract

Dünya üzerinde her sistem yaşamını devam ettirebilmek için enerjiye ihtiyaç duyar. Sürekli bir değişim ve gelişme içerisinde olan bununla birlikte de enerji ihtiyacı artan dünyamız için ise var olan kaynaklar giderek hızla azalmakta ve doğa gözetilmeksizin tüketilerek iklim krizine sebep olmaktadır. Bu sebeple yenilenilenebilir enerji kavramı ortaya çıkmıştır. Yenilenebilir enerji kaynakları arasında ise güneş enerjisinin büyük bir potansiyeli vardır. Bu potansiyel güneş enerjisinin direkt olarak fotovoltaik hücrelerle elektrik enerjisine dönüştürülmesinden kaynaklanmaktadır. Tez çalışmasında, güneş pillerinde son zamanların en çok araştırılan alanlarından biri olan perovskit güneş pillerinin tekrarlanabilirliği, veriminin iyileştirilerek kararlılığının artması, bununla birlikte atmosferik ortam koşulları altında uzun süreli stabilitesi çalışılmıştır. Perovskit güneş pilleri yüksek verimleri ve düşük maliyetleri ile popüler olsa da aygıt üretildikten kısa süre sonrasında, özellikle sıcaklık, nem ve oksijen gibi atmosferik koşullar altında hızla bozunur ve yüksek verimliliklerini kaybederler. Bu tezde yapılan deneysel çalışmalarda hızlı verim artışının yaşandığı perovskit bileşiklerinden biri olarak Metilamonyum iyodür (MAI) kullanılmış, farklı oranlarda Kurşun (II) klorür (PbCl2 ), Kurşun (II) iyodür (PbI2) ile birlikte perovskit çözeltileri hazırlanmıştır. Daha sonrasında bu perovskit çözeltileri farklı oranlarla ve konsantrasyonlarda denenerek tekrarlanabilir sonuçlar elde edilmiştir. Devam eden sürelerde, tekrarlanabilirlik p-i-n yapılarda elde edildikten sonra n-i-p aygıt yapısına sahip aygıtların verimi ve kararlılığı üzerine çalışmalar devam etmiştir. Bu amaçla farklı elektron ileten malzemeler ve iletken polimerler araştırılarak çalışmaya özgünlük katılmıştır. Üretilen aygıtların elektriksel karaklterizasyonları gerçekleştirilmiş ve farklı ISOS test prosedürleri altında fotovoltaik hücrelerin bozunma ve kararlılıkları da incelenip, sonuçlar literatüre kazandırılmıştır.

Every system on earth needs energy to exist. Our changing and developing earth needs more energy where resources are diminishing swiftly without considering the health of the nature, which causes climate crisis. For this reason, a term called renewable energy emerged. Among all energy resources, solar energy has one of the highest potential. This high potential occurs due to conversion of solar energy directly to electrical energy via photovoltaic cells. In this thesis, one of the most popular research topic of solar cells, perovskite was investigated in terms of repeatability, increasing stability by improving device performance and long term stability under atmospheric environment conditions. Even though perovskite solar cells are popular for its high efficiency and low cost, the device encounters rapid degradation and loss of high efficiency right after its production due to atmospheric conditions such as temperature, moisture and oxygen. In this thesis, Methylammonium iodide (MAI) was used since this material is one of the high efficiency enablers. Additionally, Lead (II) chloride (PbCl2), Lead (II) iodide (PbI2) were used in different proportions to prepare perovskite formulations. Afterwards, perovskite solutions were utilized with different proportions and concentrations to resolve stability problem. Since stability was achieved in p-i-n structures, efficiency and stability of n-i-p structures were inverstigated in device structures. For this reason, different electron transport materials (ETM) and conductive polymers were added to this study as a novelty. Electrical characterization of the produced devices were utilized and photovoltaic cells' degradation and stability were tested under different ISOS test procedures and these results were introduced to the literature.