Işık toplayıcı gruplar ile fonksiyonlandırılmış yeni ftalosiyaninlerin sentezi ve güneş pili uygulamalarının araştırılması

Abstract

Enerji kaynakları arasında en önemlilerinden biri olan fosil yakıtların tükenmek üzere olduğu bu günlerde alternatif enerji kaynaklarına olan ilgi artmıştır. Temiz ve güvenilir olması, tükenme sorunu bulunmaması ve çevre sorunlarına neden olmamasından dolayı enerji üretiminde en önemli kaynağın güneş olduğu düşünülmektedir. En iyi verimler elde edilen ve ticari olarak kullanılan tek ve çok kristal yapıdaki silisyum pillerin yüksek maliyetli olmasından dolayı iyi performans gösteren maliyeti daha düşük güneş pillerinin üretilmesi için yeni malzemeler üzerinde araştırmalara devam edilmektedir. Güneş pili verimlerinin artırılması için kullanılan malzeme gruplarından biri de ftalosiyanin bileşikleridir. Ftalosiyanin bileşikleri yüksek fiziksel ve kimyasal kararlılığa ve görünür bölgede yüksek dalga boyunda şiddetli absorpsiyona sahip olduklarından güneş pillerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu nedenden dolayı farklı gruplar içeren ftalosiyanin bileşiklerinin sentezlenmesi ve fotovoltaik performanslarının araştırılması çalışmalarına devam edilmektedir. Bu tez kapsamında, elektronik absorpsiyon spektrumunun farklı bölgelerinde absorpsiyon yapan (piren, kumarin, porfirin ve BODIPY) ve ışık toplayıcı özellik göstermesi amaçlanan gruplar ile fonksiyonlandırılmış yeni asimetrik çinko(II) ftalosiyanin bileşiklerinin sentezi gerçekleştirilmiştir. Işık toplayıcı gruplardan (piren, kumarin, porfirin ve BODIPY) ftalosiyanin halkasına elektron transferini ve molekül içi konjügasyonun sürekliliğini sağlamak amacıyla bu gruplar (piren, kumarin, porfirin ve BODIPY) doğrudan ftalosiyanin halkasına Sonogashira kenetlenme reaksiyonu yöntemiyle sübstitüe edilmiştir. Bu tez kapsamında ilk defa sentezi gerçekleştirilen yeni asimetrik çinko(II) ftalosiyanin bileşiklerinin yapı aydınlatılması, optimize geometrilerinin ve bant aralıklarının belirlenmesi çalışmaları gerçekleştirilerek yeni asimetrik çinko(II) ftalosiyanin bileşiklerinin güneş pili performansları değerlendirilmiştir.

One of the most important energy sources is fossil fuels and these resources are depleting rapidly. For this reason, nowadays there is increasing interest in alternative energy sources. The most important renewable source is solar power due to clean and reliable, possibility of endless and not to causing environmental problem. Commercially used single and multi-crystalline silicon based solar cells show high yields but these devices have high manufacturing cost. Research on new materials with good performance and low cost are proceeding and one of materials used to increase solar cell yields is phthalocyanine compounds. Because the phthalocyanine compounds have high physical and chemical stabilities and intense high wavelength absorption, these compounds are used in solar cell applications. Therefore, the synthesis of phthalocyanine compounds containing different groups and the evaluation of photovoltaic performances are investigate by the researchers. In this thesis, light harvesting groups (pyrene, coumarin, porphyrin and BODIPY) giving wide range absorption spectra were substituted to phthalocyanine ring through Sonogashira coupling reaction and novel asymmetrical zinc(II) phthalocyanine derivatives were synthesized. It was aimed to provide electron transfer from light harvesting groups to phthalocyanine ring and intramolecular conjugation. In this thesis were performed synthesis, characterization and determination of optical geometry and band gaps of novel asymmetrical zinc(II) phthalocyanines, as well as solar cell performances of these novel phthalocyanine compounds were studied for the first time.