Çinko oksit (ZnO) nanoyapılar üzerinde boya ile duyarlı hale getirilmiş güneş pillerinin üretilmesi

Abstract

Nano-tel, nano-çubuk ve nano-çiçek gibi ZnO nano yapılar hidrotermal metotla FTO, ITO ve çinko levha taban malzemeleri üzerine büyütülmüştür. Farklı morfolojilerde ZnO nanoyapılar, ortalama 20?150 nm yarıçapında ve 1?10?m uzunluğunda elde edilmiştir. Oda sıcaklığında PL ölçümlerinden, ZnO nano-tellerin, nano-çubuk ve nano-çiçek yapılardan farklı olarak herhangi bir derin seviye emisyon pikine sahip olmadığı gösterilmiştir. Ultraviyole görünür soğurma spektrumu, ZnO nanoyapıların 300 nm ve 360 nm (?4,14 eV ve 3,45eV) arasında güçlü bir soğurma piki verdiğini göstermiştir. Raman saçılımından, ZnO nanoyapıların yaklaşık 331, 380 ve 438 cm-1de Raman kayması belirlenmiştir ve bu pik değerlerinin sırasıyla E2(M),A1 ve E2 Raman aktif modlarına karşılık gelerek mükemmel wurtzite ZnO kristal yapıların elde edildiği ispatlanmıştır. Ayrıca, ZnO nanoyapıların E1 modu ile ilgili olduğu bilinen 582 cm?1 de ekstra bir pik belirlenmiştir. ZnO nanoyapılar büyütüldükten sonra, boya ile duyarlı hale getirilerek, güneş pillerinde (DSSCs) geniş bant aralıklı yarıiletken fotoanot olarak kullanılmıştır. Solar enerji dönüşüm verimi ve gelen fotonun elektrik akımına dönüşüm verimi (IPCE), ZnO nanoyapıların yüzey morfolojisine bağlı olarak araştırılmıştır. En yüksek solar enerji dönüşüm verimi %3.1 ve IPCE %34 ile ZnO nano-çiçekler/N719 boya çözeltisi/ I-/I-3 elektrolit kullanılarak elde edilmiştir. Buna ilave olarak, ZnO nano-çubuk yapılar %1.59 solar enerji dönüşüm verimi ve %18 IPCE sonuçlarına sahip iken, ZnO nano-tellerin %2.1 solar enerji dönüşüm verimine ve %25 IPCE sonuçlarına sahip olduğu gösterilmiştir.

The growth of ZnO nanostructures such as nanowire, nanoflower and nanorods was carried out on FTO, ITO and zinc foil substrate by hydrothermal method. With different morphologies ZnO nano-architectures were constructed with average diameters of 20-150 nm and lengths in the range of 1-10?m. The room temperature PL measurement shows that ZnO nanowires do not have any deep level emission as different nanorods and nanoflowers structures. The UV-Visible absorption spectrum of the ZnO nanostructures shows a strong absorption between 300 nm and 360 nm (?4.14 eV and 3.45eV). Raman scattering spectra of the ZnO nanostructures showed that the peaks at around 331, 380 and 438 cm-1 correspond to the Raman active modes E2 (M), A1 and E2 of the perfect wurtzite ZnO crystal, respectively and extra Raman band was indicated at around 582 cm-1 which is known to be related to the E1 mode of the ZnO nanostructures. After growth of ZnO nanostructures were used as the wide band gap semiconducting photoelectrode in dye sensitized solar cell (DSSCs). Solar conversion efficiencies and incident photon-to-current conversion efficiencies (IPCE) were investigated as depend on surface morphology of ZnO nanostructures. The highest solar-to-electric energy conversion efficiency of 3.1 % and IPCE of 34% was obtained by using the ZnO nanoflowers/N719 dye/I-/I-3 electrolyte. In addition, Zn nanowires shows solar-to-electric energy conversion efficiency of 2.1% and IPCE of 25% while ZnO nanorods show solar-to-electric energy conversion efficiency of 1.59% and IPCE of 18%.