Farklı sıcaklıklarda sentezlenen TiO2 / ZnO nanokompozit yapıların karakterizasyonu ve boya duyarlı güneş pili performanslarının incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında, TiO2 nanotüp /ZnO nanoçubuk nanokompozit (TZN) fotoanotları sentezlendi, karakterize edildi ve fotovoltaik verimi arttırmak için optimum koşullarda boya duyarlı güneş pilleri (BDGP) olarak kombine edildi. TiO2 nanotüp dizileri (TND), anodik oksidasyon yöntemiyle titanyum folyo üzerine büyütüldü ve hidrotermal yöntemle ZnO dekore edilmesi işleminde alt tabaka olarak kullanıldı. Daha yüksek foto dönüşüm etkinliği için optimum ZnO dekorasyon yoğunluğunu belirlemek adına hidrotermal sıcaklık değerleri değiştirilmiştir. XRD, SEM, AFM ve XPS sonuçları, TiO2 nanotüplerinin yüzeyi üzerindeki kristal yapısının, morfolojisinin, elemental bileşiminin ve ZnO nanoçubukların yoğunluğunun farklı sıcaklıklara karşı duyarlı olduğunu göstermektedir. TZN fotoanotuna dayanan BDGP'lerin en yüksek verimi, TiO2 nanotüplerle (%0,81) oluşturulan BDGP'ye kıyasla iki kattan daha fazla olan 130 C sıcaklık için %1,67 oranında olduğu görülmüştür. BDGP verimliliğinin artması, rekombinasyon oranının baskılanmasından ve TiO2 nanotüpleri ile ZnO nanoçubukları arasındaki sinerjik etki nedeniyle yük transfer direncinin azaltılmasından kaynaklanmaktadır.

In this thesis, TiO2 nanotube / ZnO nanoparticle nanocomposite (TZN) photoanodes were synthesized, characterized and combined as dye-sensitized solar cells (DSSC) at optimum conditions to increase photovoltaic efficiency. TiO2 nanotube arrays (TNA) were grown on titanium foil by anodic oxidation method and were used as a substrate in ZnO decoration process by hydrothermal method. Hydrothermal temperature values have been changed to determine the optimum ZnO decoration density in order to achieve higher photo-conversion activity. Surface morphology, elemental composition, and characterization of TiO2 nanotube / ZnO nanoscale hybrid nanocomposite (TZN) structures were performed by using field emission scanning electron microscopy (FESEM), atomic force microscopy (AFM), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectric spectroscopy (XPS). While the efficiency of DSSCs produced with TiO2 nanotubes was measured as 0.81%, the highest DSSC efficiency based on TZN photoanode reaches as 1.67% at 130 C with a temperature higher than two times. This increase in BDGP efficiency is due to the reduction of the recombination rate and the reduction in charge transfer resistance due to the synergistic effect between the TiO2 nanotubes and the ZnO nanoparticles.