Vanadyum Pentaoksit Fotoanot malzemesinin Nanokristal TiO2 tabanlı güneş pillerinin fotovoltaik özelliklerine etkisi

Abstract

Bu tez çalışmasında, boya duyarlı güneş pillerinde kullanılmak amacıyla üretilen ve ticari V2O5 tozların hücre verimi üzerindeki etkileri incelenmiştir.V2O5 tabanlı fotoanot elektrotlar üretilmiş ve karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Fotoanot elektrotların, sıyırma yöntemiyle pasta uygulamasında yaklaşık 15 µm kalınlığında filmler elde edilmiştir. Sol jel yöntemiyle ince film kaplanan numunelerde ise döndürerek kaplama (1200 devir/dk.) metodu kullanılarak birkaç mikron kalınlıkta filmler üretilmiştir. İnce filmlerin kristal yapı analizleri X-Işını Kırınımı Difraksiyonu (XRD) tekniği kullanılarak belirlenmiştir. Bu analizler sonucunda istenilen fazların yapıda oluştuğu tespit edilmiştir. Üretilen ve ticari V2O5 tozlara tane boyut analizi yapılmıştır. Üretilen V2O5 tozun, ticari V2O5 toz boyutu olan 95,3 µm'den 43 µm'ye indirilebildiği görülmüştür. Filmlerin optik geçirgenlik özelliği ise UV-Vis Spektrofotometre ile belirlenmiştir. Üretilen ince filmlerin yasak enerji aralıkları (Eg), soğurma spektrumundan hesap edilmiştir. FTO cam üzerine kaplanan filmlerin Eg değerleri indirekt geçiş için TiO2 pasta kaplı numune de 3,34 eV iken, V2O5 içeren farklı numuneler için (2-3,05 eV) aralığında değiştiği tespit edilmiştir. Filmlerin yüzey morfolojisi ve mikroyapısı Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile görüntülenmiştir.Optik ölçümleri tamamlanan filmler boya duyarlı güneş piline dönüştürülerek, oluşan pilin fotovoltaik özellikleri (açık devre voltajı (Voc), kısa devre akımı (Isc), dolum faktörü (FF) ve verimlilik (% η) ) ölçülerek belirlenmiştir. Yapılan ölçümlerden elde edilen verilere göre, vanadyum pentaoksit tabanlı numunelerin verimliliklerinin katkı maddesi oranına göre değiştiği (% verimlilik 0,04 – 1,25 arasında) saptanmıştır. Bununla birlikte TiO2 pasta kaplanan fotoanotlarda,V2O5 tabanlı numunelerle aynı deneysel yöntemler kullanılmış olup, %5,6 verimlilik değeri elde edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Boya duyarlı güneş pilleri, Fotoanot, Fotovoltaik verimlilik, Vanadyum pentaoksit, Sol-jel ve pasta kaplama.

In this thesis, Dye Sensitized Solar Cell (DSSC) prepared from vanadium oxide powder was investigated. V2O5 photoanode thin films were obtained by paste with 15 µm thickness and also a few microns thick thin films were prepared spin coating (1200 rev/min.). The crystal structure and phases of thin films were determined by x-ray diffraction (XRD) and particle size of synthesized and commercial powders were measured by particle size analyzer. The size of particles was reduced from 95 to 43 µm by grinding. The optical transmittance were determined by UV-Vis Spectrometry to obtain band gap (Eg) of thin films. Band gap of FTO glass coated with TiO2 thin films was 3,34 eV but the one coated with V2O5 exhibited around 2-3.05 eV. The microstructure and morphology of films were detected by Scanning Electron Microscopy (SEM). The components of solar cell were used to obtain complete battery measured for photovoltaic properties such as open circuit (Voc), short circuit (Isc), filling factor (FF) and efficiency (% η). According to results, the addition of vanadium oxide into TiO2 based DSSC has varied with efficiency from %00.4 to 1.25. In the meantime, the efficiency of DSSC with full TiO2 was revealed 6% without V2O5 addition.Keywords: Dye sensitized solar cell, Photoanodes, Photovoltaic, Efficiency, Vanadium penta oxide, Sol-gel