Yeni nesil Cu2MSnSe4-xSx (M = Co2+, Fe2+, Zn2+) nano alaşımlarının kolloidal yöntemle sentezi ve boya duyarlı güneş hücresi uygulamaları

Abstract

Bu çalışmada yeni nesil Cu2MSnSe4-xSx (M = Co2+, Fe2+, Zn2+) nano-alaşımlar kolloidal yöntemle sentezlenmiş ve boya duyarlı güneş hücresindeki verimlilikleri incelenmiştir. X-ışınları kırınımı (XRD), raman spektroskopisi, enerji dağılım spektroskopisi (EDS), geçirimli elektron mikroskobu (TEM), ultraviyole spektrofotometresi (UV), taramalı elektron mikroskobu (SEM), döngüsel voltametri (CV) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ile sentezlenen nanokristallerin kristal yapısı, saflığı, optiksel özellikleri, yapının bileşimi ve homojenliği, elektrotların yüzey morfolojisi, elektrokimyasal ve fotovoltaik özellikleri incelenmiş ve bu analizler sonucunda iyi kristallenmiş nanokristallerin elde edildiği ve bu nanokristallerin yaklaşık boyutlarının 10-20 nm olduğu gözlemlenmiştir. Sentezlenen Cu2MSnSe4-xSx (CMTSeS) nanokristalleri boya duyarlı güneş hücrelerinde karşıt elektrot olarak kullanılmış ve sonuçlar değerlendirilmiştir. Elde edilen güneş pillerinin verimlilikleri sırasıyla Cu2CoSnSe4-xSx (CCTSeS) için %6.47, Cu2ZnSnSe4-xSx (CZTSeS) için %3.18, Cu2FeSnSe4-xSx (CFTSeS) için %2.97 ve platin (Pt) için %5.41 olarak hesaplanmıştır. Bu sonuçlara göre en iyi verimlilik CCTSeS nanokristallerinin kullanıldığı pillerde elde edilmiştir. Yapılan sentez çalışmaları ve uygulamalar neticesinde, elde edilen yeni nesil CMTSeS nano-alaşımlarından CCTSeS'nin CZTSeS ve CFTSeS ye göre daha iyi güç dönüşüm verimliliği sağladığı ve bu özelliği ile literatürde çoğunlukla kullanılan platin ve birçok denemelerde ağırlıkla çalışılan CZTSeS' lere alternatif olarak kullanılabileceği gösterilmiştir.

In this study, new generation Cu2MSnSe4-xSx (M = Co2+, Fe2+, Zn2+) nano-alloys have been successively synthesized by colloidal method, and their efficiency ondye-sensitive solar cell as counter electrodes has been examined. Crystal structure, optical properties, phase purity, structural composition and homogeneity, surface morphology, electrochemical and electrical features of the nanocrystals through X-ray diffraction (XRD), raman spectroscopy, energy dispersive spectroscopy (EDS), transmission electron microscopy (TEM), ultraviolet spectrophotometer (UV), scanning electron microscopy (SEM), cyclic voltammetry (CV), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) have been investigated. As a result of this analysis, well crystalized nanocrystals have been obtained, and it has been observed that the average particle size for colloidal synthesis is around 15-20 nm. The synthesized Cu2MSnSe4-xSx (CMTSeS) nanocrystals have been used as counter electrodes on DSSCs, and their results were evaluated. Efficiencies of fabricated solar cells were calculated respectively as 6.47% for Cu2CoSnSe4-xSx (CCTSeS), 3.18% for Cu2ZnSnSe4-xSx (CZTSeS), 2.97% for Cu2FeSnSe4-xSx (CFTSeS) and 5.41% for Pt. According to these results, the best efficiency has been obtained from CCTSeS solar cells on which CCTSeS has been used. In consequence of this synthesis work and applications; it has been concluded that CCTSeS, which is the new generation CMTSeS nano-alloy, offers better power conversion efficiency than CZTSeS and CFTSeS; and this feature of this nano-alloy may be