P3ht:PCBM tabanlı heteroeklem organik güneş pillerinin fabrikasyonu ve ZnO ince film tabakasının inverted yapıya uygulanması

Abstract

Yüksek Lisans tezi kapsamında yaptığım bu çalışmanın amacı düşük maliyetli ekosisteme zarar vermeyen ve kolay elde edilebilir malzemeler (ITO, PEDOT:PSS, ZnO, P3HT:PCBM, MoO3, Al) kullanarak güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren klasik heteroeklem OPV fabrikasyonu ve ZnO ince film tabakasının ters çevrilmiş yapıya uygulanması ile ters çevrilmiş (inverted) OPV fabrikasyonlarını yapmaktır. İlk olarak, ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al klasik heteroeklem OPV fabrikasyonu yapıldı ve bu heteroeklem OPV aygıtının güç dönüşüm verimi %2,29 olarak elde edildi. Ters çevrilmiş OPV fabrikasyonu iki yöntem ile gerçekleştirildi. İlk yöntemde, ZnO çözeltisi ITO yüzeyine 2500 rpm'de 50 saniye boyunca dönel kaplama yöntemi ile kaplandı ve ardından bir sıcak tabla üzerinde temiz oda koşullarında 10 dakika boyunca 150 °C'de tavlandı. Bu kaplama ve tavlama işlemleri üç kez tekrarlandı ve ITO/ZnO ince filmi elde edildi. İkinci yöntemde, %99 saflığa sahip olan çinko oksit ITO yüzeyi üzerine RF magnetron püskürtme yöntemi ile kaplandı ve ITO/ZnO ince filmi elde edildi. Her iki yöntem ile elde edilen ITO/ZnO ince filmleri ile ITO/ZnO/P3HT:PCBM/MoO3/Al ters çevrilmiş OPV yapısı elde edildi. Dönel kaplama yöntemi elde edilen ters çevrilmiş OPV'nin güç dönüşüm verimi %0,92 ve püskürtme yöntemi elde edilen ters çevrilmiş OPV'nin güç dönüşüm verimi %0,69 olarak hesaplandı. Ayrıca ters çevrilmiş OPV'lerin üretiminde kullanılan tabakaların soğurma, profilometre, XRD ve AFM ölçümleri alınarak bu tabakaların optiksel, morfolojik ve yapısal karakterizasyonları yapıldı.

The purpose of this study, which I did within the scope of the Master's thesis, traditional heterojunction OPV fabrication and by application of the ZnO thin film layer to the reverse structure I-OPV fabrications are made using materials (ITO, PEDOT:PSS, ZnO, P3HT:PCBM, MoO3, Al) that convert solar energy into electrical energy and which are easy to obtain and do not harm the cost-effective ecosystem. Firstly, ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Al conventional heterojunction OPV fabrication was performed and the power conversion efficiency of this heterojunction OPV device was obtained as 2,29%. I-OPV fabrication was performed by two methods. In the first method, the ZnO solution was coated to the ITO surface at 2500 rpm for 50 sec. and then was annealed on a hot plate at 150 °C for 10 minutes in clean room conditions. These coating and annealing processes were repeated three times and ITO/ZnO thin film obtained. In the second method, 99% pure zinc oxide was coated onto ITO surface by RF magnetron sputtering method and ITO/ZnO thin film was obtained. With the ITO/ZnO thin films obtained by both methods obtained the ITO/ZnO/P3HT:PCBM/MoO3/Al inverted OPV structure. The power conversion efficiency of I-OPV obtained by spin coating method was calculated as 0,92% and the power conversion efficiency of I-OPV obtained by sputtering method was calculated as 0,69%. In addition, absorption, profilometer, XRD and AFM measurements of the layers used in the production of inverted organic solar cells were carried out by optical, morphological and structural characterization.