Polimer esaslı güneş pili uygulamaları için grafen içeren nanokompozit elektrotların geliştirilmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, son yıllarda bütün mühendislik disiplinleri tarafından dikkatleri kendine çeken grafen nanomalzemesi, gümüş nanotel ve PEDOT:PSS ile birlikte kullanılarak organik güneş pilleri için hibrit elektrot yapıları üretilmiştir.Çalışma kapsamında grafen oksit geliştirilmiş Hummers metodu ile grafit hammaddesinden yola çıkılarak üretilmiş ve üretilen grafen oksitin karakterizasyonu FT-IR, Raman spektrometresi ve SEM yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Daha sonra bu nanomalzeme dönel kaplama yöntemi ile ince film haline getirilmiş ve indirgeme işlemi için, askorbik asit ve termal tavlama adımlarından oluşan yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Üretilen indirgenmiş grafen elektrotların direnç değerlerine etki eden askorbik asit konsantrasyonu ve ara ısıtma, ayrı deney setleri olarak çalışılmış ve ara ısıtmanın direnç değerini %10 iyileştirdiği, askorbik asit konsantrasyonunun 400 millimolardan sonra direnç değerine kayda değer etki etmediği belirlenmiştir. Direnç değerlerini iyileştirmek amacıyla hibrit yapılar tasarlanmış ve 7 farklı tasarım ile örnekler üretilmiştir.Üretilen hibrit elektrotların, elektrot için en önemli özellikler olan optik ve elektriksel özellikler başta olmak üzere, bazı özellikleri karakterize edilmiştir. Sonuçlar gümüş nanotel ve PEDOT:PSS içeren elektrot tasarımlarının iyi sonuçlar verdiğini ve en iyi elektriksel sonucun 0,2 kΩ ile indirgenmiş grafen oksit/gümüş nanotel/PEDOT:PSS yapısı ile elde edildiğini göstermiştir. En iyi optik geçirgenlik sonucunun ise %92 geçirgenlik değeri ile tek başına gümüş nanotelden üretilen elektrot yapısından elde edildiği görülmüştür.Üretilen hibrit elektrotların, elektrot için en önemli özellikler olan optik ve elektriksel özellikler başta olmak üzere, bazı özellikleri karakterize edilmiştir. Sonuçlar gümüş nanotel ve PEDOT:PSS içeren elektrot tasarımlarının iyi sonuçlar verdiğini ve en iyi elektriksel sonucun 0,2 kΩ ile indirgenmiş grafen oksit/gümüş nanotel/PEDOT:PSS yapısı ile elde edildiğini göstermiştir. En iyi optik geçirgenlik sonucunun ise %92 geçirgenlik değeri ile tek başına gümüş nanotelden üretilen elektrot yapısından elde edildiği görülmüştür.Üretilen bütün elektrot yapıları, standart güneş pili olarak denenmiş ve sonuçlar değerlendirilerek tartışılmıştır.

In this thesis, graphene nanomaterials, which have attracted attention by all engineering disciplines, was used with silver nanowires and PEDOT:PSS to produce hybrid electrode for organic solar cell structures. Within the scope of the study, graphene oxide was produced by improved Hummers' method from graphite raw material and the produced graphene oxide characterization was performed by FT-IR, Raman and SEM. Then, this nanomaterial was converted into a thin film by the spin coating method and a new method for reduction was developed, which consists of ascorbic acid and thermal annealing steps. The ascorbic acid concentration and pre-heating, which affect the resistance values of the graphene electrodes, were studied as separate test sets and it was determined that the pre-heating improved the resistance value by 10%, and the ascorbic acid concentration had no significant effect on the resistance value over 400 millimolar. Hybrid structures were designed to improve resistance values and samples were produced with 7 different designs.The hybrids electrodes was characterized by certain characteristics, especially the optical and electrical properties, which are the most important properties for the OPV electrodes. The results show that electrode designs with silver nanowires and PEDOT: PSS gives better results and that the best electrical result is obtained with a reduced graphene oxide/silver nanowire/PEDOT:PSS structure with 0,2 kΩ. The best optical transparency result was obtained as a 92% transmittance value of the electrode structure produced from silver nanowires alone.All electrode structures produced were tested as standard solar cell and the results were evaluated and discussed.