Yeni yaklaşımlarla tenin esaslı boya duyarlı güneş pillerinin geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada, tanninler ve bunların demir (III) kompleksleri duyarlı güneş pillerinin elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla, farklı morfolojik yapılara sahip ZnO yarıiletkenler veya TiO2 yarıiletken ve bu boyalar ile güneş pilleri oluşturulmuş ve güneş pili özellikleri araştırılmıştır. Çalışma dört ayrı kısım halinde yürütülmüştür. İlk kısımda, farklı morfolojik yapılara sahip ZnO yapıları hidrotermal veya mikrodalga hidrotermal yöntemle sentezlenmiş ve XRD, FE-SEM, DRS ve Raman spektroskopisi teknikleri ile karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Yine benzer şekilde farklı özelliklerdeki TiO2 yarıiletkenler sentezlenmiş ve karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. İkinci kısımda, daha önce literatürde güneş pilleri uygulamalarına rastlanılmayan gallotanin (pirogallol, gallik asit, tanik asit (Çin tanini), valeks (Türk tanini)), ellagitanin (elagik asit, kestane) ve kondanse tanin (kuersetin, mimoza ve kebrako) yapıları boya duyarlı güneş pillerinde kullanıma uygun olarak hazırlanmıştır. Ayrıca bu tanin yapılarının demir (III) ile kompleksleri oluşturulmuştur. Tanin ve Fe-tanin boyaların FTIR, CV, UV-Vis, Raman spektroskopisi teknikleri ile karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Üçüncü kısımda, sentezlenen yarıiletkenler (ZnO, TiO2) FTO cam substrat üzerine doctor blade tekniği ile kaplanmış ve XRD, FE-SEM, DRS ve Raman yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Hazırlanan bu fotoanotlar üzerine tanin veya Fe-tanin boyalar adsorplanmış ve I-/I3- elektrolit, Pt kaplı FTO karşıt elektrot ile güneş hücreleri hazırlanmıştır. Dördüncü kısımda, hazırlanan güneş pillerinin özelliklerinin araştırılmasında akım yoğunluğu-voltaj (J-V) ve elektrokimyasal empedans analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu ölçümler AM 1,5 filtreli güneş benzetici altında gerçekleştirilmiştir. Çalışmalar sonucunda metal içermeyen organik sentez boyalarla benzer hücre verimlerine sahip daha ucuz ve pratik hazırlanan Fe-tanin boyaların güneş pillerinde başarıyla kullanılabileceği görülmüştür. Böylece, yerel kaynaklarla daha ekonomik olarak boya duyarlı güneş pillerinin hazırlanabileceği ortaya konulmuştur.

In this study, it was aimed to investigate tannin structures and their iron (III) complex excited solar cell cell properties. In addition, ZnO semiconductors or TiO2 semiconductors with different morphological constructions and solar cells with tannins and their complexes were formed and their cell characteristics were investigated. The study was conducted in four separate sections. In the first part, ZnO structures having different morphologies were synthesized by hydrothermal or microwave hydrothermal method and characterized by XRD, FE-SEM, DRS and Raman spectroscopy techniques. Likewise, TiO2 semiconductors in different properties were synthesized, and their characterization were carried out. In the second part, gallotanin (pyrogallol, gallic acid, tannic acid (Chinese tannin), valeks (Turkish tannin)), ellagitannin (ellagic acid, chestnut) and condensed tannin (quercetin, mimosa and kebrako), which were not previously used in solar cell applications in the literature, have been prepared for the usage in dye sensitized solar cells. In addition, tannin complexes of iron (III) were formed. Characterization of tannin and Fe-tannin dyes were performed by FTIR, CV, UV-Vis, Raman spectroscopy techniques. In the third part, synthesized semiconductors (ZnO, TiO2) were coated onto FTO glass substrate by doctor blade technique and characterized by XRD, FE-SEM, DRS and Raman methods. Tannin or Fe-tannin dyes were adsorbed onto these photoanodes and solar cells were prepared with I-/I3- electrolyte and Pt-coated FTO counter electrode. In the fourth part, current density-voltage (J-V) and electrochemical impedance analyzes were carried out to investigate the cell characteristics of prepared solar cells. These measurements were carried out under a solar simulator with AM 1.5 filter. As a result of the studies, it has been seen that cheaper and practically prepared Fe-tannin dyes with similar cell yields with metal-free organic synthesis dyes can be successfully used in solar cells. Thus, it has been demonstrated that dye-sensitized solar cells can be prepared more economically with local sources.