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

Abstract

Bu tez çalışmasında, TiO2 nanotüp/ZnO nanoçubuk hibrit nanokompozit (ZTN) fotoanotlar sentezlenmiş ve karakterize edilmiştir. Ayrıca, ZTN fotoanotların boya-duyarlı güneş pili (BDGP) performansları araştırılmıştır. Kendiliğinden organize olmuş ve iyi sıralanmış TiO2 nanotüp dizileri anodik oksidasyon yöntemi ile titanyum folyo üzerine büyütülmüştür. Daha sonra, TiO2 nanotüp dizileri, hidrotermal metod kullanarak ZnO nanoçubuklar ile dekore edilmiştir. ZTN fotoanotlar, XRD, FESEM, AFM ve XPS ölçümleri ile karakterize edilmiştir. Karakterizasyon sonuçları, TiO2 nanotüp dizileri üzerindeki ZnO nanoçubukların; kristal yapı, morfoloji, elementel kompozisyon ve yoğunluğunun ZnO prekürsör konsantrasyonuna çok hassas olduğunu göstermiştir. ZnO prekürsör yoğunluğunun ZTN fotoanot temelli BDGP'nin fotovoltaik performansına etkileri ise J-V ve EIS ölçümleri ile incelenmiştir. En yüksek ZNT fotoanot temelli BDGP verimi, 60 mM prekürsör konsantrasyonu için %1,8 olarak ölçülmüştür ki bu verim değeri sadece TiO2 nanotüp temelli BDGP veriminin (%0,8) iki katından fazladır. BDGP verimindeki bu iyileştirme TiO2 nanotüpler ve ZnO nanoçubuklar arasındaki sinerjetik etki sayesinde rekombinasyon oranının baskılanması ve yük transfer direncinin azaltılması ile açıklanabilir.

In this thesis, TiO2 nanotube/ZnO nanorod hybrid nanocomposite (ZTN) photoanodes were synthesized characterized. Also, dye-sensitized solar cells (DSSCs) performances of ZTN photoanodes were investigated. The self-organized and high ordered TiO2 nanotube arrays were growth by anodic oxidation on titanium foil. Then, TiO2 nanotube arrays were decorated by ZnO nanorods by hydrothermal method. ZTN photoanodes were characterized using by FESEM, XRD, AFM and XPS measurements. The characterization results showed that the crystal structure, morphology, elemental composition and density of ZnO nanorods on the surface of TiO2 nanotubes are very sensitive to ZnO precursor concentrations. The effect of ZnO precursor concentration on the photovoltaic performance of DSSC based on ZTN photoanodes was investigated by J-V and EIS measurements. It is concluded that, the highest DSSC efficiency of ZTN photoanode was measured 1.8% for precursor concentration of 60 mM which was more than double compared to DSSC based on bare-TiO2 nanotubes (0.8%). The improvement of DSSC efficiency originates from suppressing the recombination rate and decreasing the charge transfer resistance due to synergetic effect between TiO2 nanotubes and ZnO nanorods.