LEE- Kimya-Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Yazar "Dalkılıç, Zeynep" ile LEE- Kimya-Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeYüksek verimli ve ısıl dayanımlı perovskit güneş hücreleri için yeni ftalosiyanin türevi boşluk taşıyıcı malzemelerin geliştirilmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020) Dalkılıç, Zeynep ; Kalkan Burat, Ayfer ; 648921 ; Kimya Ana Bilim DalıGezegenimizdeki hızlı nüfus artışı ile beraber enerji tüketiminin de artması, enerjiye olan ihtiyacı daha da önemli hale getirmiştir. Fosil yakıtlar gibi geleneksel enerji kaynakları sınırlı olup çevre kirliliğine neden olduğundan, alternatif enerji kaynaklarının seçilmesi ve kullanılması kritik önem taşımaktadır. Geleneksel enerji kaynaklarının aksine, güneş enerjisi temiz, güvenilir ve yenilenebilir bir enerji kaynağı olarak öne çıkmaktadır. Güneş enerjisinden elektrik enerjisi üretimi, yarı iletkenlerin fotovoltaik etkisi ile güneş pilleri veya fotovoltaik hücreler tarafından sağlanmaktadır. Son yıllarda özellikle boyaya duyarlı güneş hücreleri ve yığın heteroeklem güneş hücreleri gibi çok çeşitli güneş hücre teknolojileri araştırılmakta ve geliştirilmektedir. Güneş enerjisinden faydalanan perovskitler de yine son yıllarda en çok ilgi çeken güneş hücrelerindendir. Perovskit güneş hücreleri (PSCs), yüksek verimlilik, kolay üretim ve düşük maliyetleri nedeniyle umut vaat eden yeni tip fotovoltaik teknolojilerden biridir. İlk üretilen perovskit güneş hücrelerinde, güç dönüşüm verimliliği (PCE) ve kararlılık düşük olmasına rağmen, bugün PCE'de % 24'e kadar bir artış gözlenmiştir. PCE'lerde gözlenen bu hızlı artışın nedeni, yeni perovskit malzemelerin ve üretim tekniklerinin geliştirilmesidir. Bununla birlikte, en çok çalışılan perovskit malzemelerin neme ve ısıya maruz kaldıklarında bozulma eğilimi göstermesi hala bir sorundur. Bunu göz önünde bulundurarak, PSC'lerin kararlılığını arttırmak için birçok strateji uygulanmıştır. Bu stratejilerden biri, perovskit/boşluk taşıyıcı tabaka (HTL) arayüz mühendisliğidir. Boşluk taşıyıcı malzeme (HTM) ile oluşturulan katman sadece boşluk taşımada önemli bir rol oynamakla kalmaz, aynı zamanda perovskit katmanını havaya karşı korur ve cihazın stabilitesini artırır. Perovskit güneş pillerinde en sık kullanılan HTM malzemesi 2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-4-metoksifenilamino)-9,9'-spirobifluoren (Spiro-OMeTAD)'dir. Cihazın mükemmel performansına rağmen, Spiro-OMeTAD'ın hareket kabiliyetinin ve yaşam döngüsünün düşük, fiyatının ise yüksek olması ticarileştirmenin önünde bir engeldir. Bu nedenle, daha kararlı ve düşük maliyetli küçük moleküller, polimerik veya anorganik bileşikler boşluk taşıyıcı malzeme olarak kullanılmaya başlamıştır. Bu yapılardan biri de ftalosiyaninlerdir (Pcs). Son yıllarda, ftalosiyaninlerin HTM olarak kullanıldığı ve umut verici sonuçların elde edildiği pek çok çalışma bulunmaktadır. Ftalosiyaninler, tüm molekül üzerine yayılmış iki boyutlu π–elektron delokalizasyonuna sahip düzlemsel aromatik makrosiklik bileşiklerdir. Pc'ler kimyasal ve ısısal kararlılıkları, yarı iletkenlikleri, yüksek taşıma hareketlilikleri ve düşük maliyetleri nedeniyle, opto-elektronik cihazlarda, transistörlerde, ışık yayan diyotlarda ve boyaya duyarlı güneş hücrelerinde kullanılmaktadırlar. Buna dayanarak bu tez kapsamında diklorobenzentiyol grupları taşıyan periferal okta ve tetra sübstitüe çinko ve bakır ftalosiyaninler ile non-periferal okta sübstitüe bakır ftalosiyanin sentezlenmiştir. Sentezlenen ftalosiyaninlerin elektrokimyasal ölçümleri gerçekleştirilmiş ve güneş hücrelerinde HTM olarak uygulama çalışmaları yapılmıştır. Sentezlenen tüm bileşiklerin yapıları spektroskopik yöntemler (IR, 1H-NMR, GC-MS ve UV-Vis) kullanılarak aydınlatılmıştır. Tez çalışmasının ilk kısmında, 4,5-bis[(2,4-dikloro)feniltiyo]ftalonitril (2), 4-[(2,4-diklorofenil)tiyo]ftalonitril (6) ve 3,6-bis[(2,4-dikloro)feniltiyo]ftalonitril (10) bileşikleri başlangıç maddesi olarak hazırlanmıştır. 4,5-bis[(2,4-dikloro)feniltiyo]ftalonitril (2) bileşiği 4,5-dikloroftalonitrilin, 4-[(2,4-diklorofenil)tiyo]ftalonitril (6) bileşiği ise 4-nitroftalonitrilin, 2,4-diklorobenzentiyol ile nükleofilik aromatik sübstitüsyon reaksiyonundan sentezlenmiştir. Bir diğer başlangıç maddesi olan 3,6-bis[(2,4-dikloro)feniltiyo]ftalonitril (10) bileşiği ise 3,6- dihidroksiftalonitrilden başlanarak iki kademede sentezlenmiştir. Hazırlanan ftalonitril bileşiklerinin (2, 6, 10) çinko asetat (Zn(CH3COO)2) veya bakır (II) klorür (CuCl2) tuzlarının 1-pentanol içerisinde ve 1,8-Diazabisiklo[5.4.0]undek-7-ene (DBU) varlığında siklomerizasyonu sonucu hedeflenen ftalosiyanin bileşiklerine (3, 4, 7, 8, 11) geçilmiştir. Tez çalışmasının ikinci kısmında periferal okta ve tetra sübstitüe çinko ve bakır ftalosiyaninlerin (3, 4, 7, 8) uygun HOMO ve LUMO seviyelerine sahip olup olmadığını belirlemek için döngüsel voltametri (CV) ölçümleri yapılmıştır. Elde edilen değerler ftalosiyaninlerin boşlukların perovskitten çıkarılması ve taşınmasında uygun olacağını göstermiştir. Tez çalışmasının son kısmında ise periferal okta ve tetra sübstitüe çinko ve bakır ftalosiyaninlerin (3, 4, 7, 8) dopant içermeyen tersine çevrilmiş perovskit güneş hücrelerinde boşluk taşıyıcı malzeme olarak uygulama çalışmaları yapılmıştır. Ftalosiyanin-temelli PSC'ler, vakumla buharlaştırılan altın (Au) veya alüminyum (Al) elektrotlar haricinde tamamen çözelti ile işlenmiş oldukları için üretim maliyetleri düşüktür. Hazırlanan cihazların fotovoltaik performansları, aynı koşullarda hazırlanan referans poli(3,4-etilendioksitiyofen):polistiren sülfonat (PEDOT:PSS) hücrenin değeri ile karşılaştırılmıştır. Tetra sübstitüe ZnPc'nin (7) HTM olarak kullanıldığı p-i-n tipi perovskit güneş hücresi için PCE % 3,16, tetra sübstitüe bakır ftalosiyanin (8) için ise % 3,53 olarak ölçülmüştür. Okta sübstitüe çinko ve bakır ftalosiyaninlerin (3, 4) klorobenzendeki çözünürlüğünün düşük olması nedeniyle pil performansları tetra sübstitüe Pcs'den daha düşük tespit edilmiştir. Hem merkezi metallerin hem de çevresel ikame maddelerinin PSC'lerin performansını etkilediği gösterilmiştir. Tez kapsamında elde edilen sonuçlar, uygun modifikasyonlar yapıldığında ftalosiyaninlerin düşük maliyetli perovskit güneş pillerinin üretiminde boşluk taşıyıcı malzeme olarak potansiyelleri olduğunu göstermektedir.