Sepiyolit temelli iskelet yapısına sahip yüksek verimli yeni nesil perovskit güneş hücrelerinin üretimi

Abstract

Perovskit güneş pilleri son zamanlarda fotovoltaik teknolojilerin en hızlı büyüyen alanı olarak dikkat çekmektedir. Üretim maliyetleri ve yüksek verimleri nedeni ile silisyum esaslı fotovoltaik teknolojilerin alternatifi olarak gelişen teknolojiler arasına girmiştir. Fakat gerek kararlılık gerekse tekrar üretilebilirlik sorunları bunların geniş alanlar üzerine ticari üretimi önündeki en büyük engeldir. Bu çalışmada doğal ve gözenekli bir malzeme olan sepiyolit (lületaşı) pasif gözenekli yapı içeren perovskit güneş hücrelerinde iskelet malzemesi olarak kullanılmıştır. Çalışmada öncelikle ortam şartlarında referans güneş pillerinin optimizasyonları yapılmıştır. İkinci aşamada sepiyolitin farklı çözücülerde dağılma ve film oluşturma özellikleri araştırılmıştır. Su içinde kolay jelleşmesi nedeni ile çözücü olarak su seçilmiş ve en homojen fiber film yapısının elde edilebileceği şartlar belirlenmiştir. Son aşamada ise sepiyolit iskelet yapının kullanıldığı perovskit güneş hücreleri üretilmiş bunların çözücü ve ara yüzey modifkasyonuna bağlı optimizasyonları yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre sepiyolit iskelet yapı içeren güneş pilleri referansları ile karşılaştırıldığında yaklaşık olarak %30-60 oranında verimde artışlar göstermiştir. Buna ek olarak pillerin dayanımı belirgin şekilde artmış ve tekrar üretilebilirlikte %90 gibi yüksek rakamlara ulaşılmıştır. Tez çalışmasında elde edilen veriler bu teknolojinin ticarileşmesi açısından ciddi avantajlar içermektedir. Bu nedenle iki adet patent başvurusu yapılmıştır. Bu tez çalışması ile birlikte literatüre yenilikçi bir tasarım olarak doğal bir malzeme olan sepiyolitin perovskit güneş hücrelerinde kullanımı ilk defa bizler tarafından kazandırılmıştır.

Recently, perovskite solar cells, as a fastest growthing photovoltaic technologies, have been gaining great attention. Due to its' low cost and facile fabrication, it is considered as an emerging technologies among others for an alternative technology of silicon based photovoltaics. But stability and reproducibility problems prevents it from large area fabrication and commercialization of this technology. In this thesis, sepiolite as a natural mesoporous material, was used in pasive scaffold layer in perovskite solar cells. Firstly, reference solar cells were optimized according to our condition. Secondly, gelation and film formation of sepiolite in different solvents were investigated. Since sepiolite can be easily dispersed in water, the best solvent was chosen as water and then, the best conditions for sepiolite film formation were investigated. Finally perovskite layer fabricated on sepiolite scaffold layer and characterized depending on perovskite solvent or interface modification. According to the obtained results, in any conditions, sepiolite based perovskite solar cells showed significat improvement on efficiency between 30-60%. In addition improvement of efficiency, sepiolite based perovskite solar cells clearly improved the stability as well as reproducibility around 90%. The obtained result in this thesis are very important for large area fabrication and commercialization of this technology. Two patent application have been carried out. With this work, we firstly introduced a novel and natural scaffold layer as a novel design for perovskite solar cell technology.