ITO/TiO2/P3HT:PCBM/Au yapılı invert hibrid güneş pillerinde kararlılığın ve fotovoltaik parametrelerin iyileştirilmesi

Abstract

Güneş pilleri, pili oluşturan malzemenin cinsine bağlı olarak organik, inorganik, boya duyarlı güneş pilleri, organik-inorganik hibrid güneş pilleri olarak sınıflara ayrılırlar. NREL (The National Renewable Energy Labotratory) verilerine göre en verimli güneş pilleri inorganik güneş pilleridir. Ancak bu piller üretim aşamaları ve üretim maliyetlerinin fazla olması gibi dezavantajlara sahiptir. Organik güneş pilleri inorganik güneş pillerine göre hem ucuz hem de kolay üretilmelerine karşın güç dönüşüm verimleri daha düşük düzeylerdedir. Organik güneş pillerinin bir diğer dezavantajı da organik malzemelerin kullanım ömürlerinin az olması, dış çevre koşullarından çok fazla etkilenip yapılarının bozulmasıdır. ITO/TiO2/P3HT:PCBM/Au yapılı invert hibrid güneş pili çevre koşullarına karşıdaha dayanıklıdır. Ancak organik güneş pillerine göre daha düşük güç dönüşüm verimine sahiptir. Bu nedenle verimin iyileştirilmesine yönelik daha çok yol kat edilmesi gerekir. Bu güneş pilinde diğer bir olumsuzluk ise ışığın ilk uygulanması sırasında foto akımın zamanla değişmesidir. Bu tez çalışmasında bu karasızlığın nedenini belirlemek ve güç dönüşüm verimini artırmak için pek çok parametre değiştirilerek deneyler yapılmıştır. Çalışmada elde edilen en yüksek güç dönüşüm verimi 1,11 olmuştur. Dielektrik ölçümlerinden kararsızlığın dielektrik sabitinin ışıkı etkisi değişmesinden kaynaklandığı gösterilmiştir. Bu değişimin düşük frekans bölgesinde daha etkin olduğu belirlenmiştir. Işık etkisi ile elektrotlar arası etkin dielektrik sabiti 0,1 hz frekansta 5 dakikalık bir ışık uygulaması için 4 ile 5 kat artmıştır. Bu artış yüksek dipolar yapıya sahip TiO2 tabakasından kaynaklanmaktadır. Light soaking olayı olarak bilinen bu kavram ile ışık etkisiyle parametrelerdeki iyileşmenin ITO/TiO2/P3HT:PCBM/Au yapılı güneş pilindedielektrik kökenli olduğu gösterilmiştir. Işık etkisi ile TiO2' in aktif tabaka ile temas yüzeyinde oluşan fazladan dipoller ara yüzeydeki elektrik alanı kuvvetlendirmekte ve yük transferini kolaylaştırmaktadır.

Solar cells are classified as organic, inorganic, dye sensitive solar cells and organic-inorganic hybrid solar cells depending on the type of material that makes up the cells. According to NREL (The National Renewable Energy Laboratory) data, the most efficient solar cells are inorganic solar cells. However, it has disadvantages such asproduction process and high production costs. Although organic solar cells are both cheaper and easier to produce than inorganic solar cells, their power conversion efficiency is lower. Another disadvantage of organic solar cells is the low lifetime of organic materials and in external environmental conditions the deterioration of theirstructures. Inverted hybrid solar cell with ITO/TiO2/P3HT:PCBM/Au structure is more resistant to environmental conditions. However, it has lower power conversion efficiency than organic solar cells. Therefore, to improve that efficiency more progress is required. Another disadvantage of this solar cell is that the photo current changes over time during the application of the first light. In this thesis, many parameters have been changed to determine the cause of this instability and to increase the power conversion efficiency. The highest power conversion efficiency obtained in the study was 1,11. It has been shown that the instability of dielectric measurements results from the change of dielectric constant with the light soaking effect. This change was found to be more effective in the low frequency region. The effective dielectric constant between electrodes with light effect increased 4 to 5 times for a 5 minute light application at a frequency of 0,1 Hz. This increase was due to layer TiO2. Improvement in parameters with the light effect known as light soaking incident ITO/TiO2/P3HT:PCBM/Au has been shown to be of dielectric origin in the solar cell. The extra dipoles formed at the contact surface with the active layer of TiO2 under the influence of light strength then the electric field at the interface and facilitate the transfer of charge.