Çinko, Kobalt ve Nikel içeren Ftalosiyaninlerin boya duyarlı Güneş pillerinde kullanımlarının incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, şalkon ((E)-3-(4-hidroksifenil)-1-(tiyofen-2-il)prop-2-en-1-on) içeren periferal tetra-substitue metalli ftalosiyaninler (MPc, M = Zn, Co, Ni) boya duyarlı güneş pilleri (BDGP) için kullanılmıştır. Duyarlaştırıcı olarak kullanılan MPc'lerin elektrokimyasal, optik ve fotovoltaik özellikleri incelenmiştir. Elektrokimyasal analize göre ZnPc (4) ve NiPc (6) sadece Pc halkasına ait redoks reaksiyonları verirken, CoPc (5)'nin ise metalin 3d orbitallerinin Pc'nin HOMO ve LUMO seviyeleri arasında olması sebebiyle hem metal hem de halkadan kaynaklanan redoks reaksiyonları verdiği tespit edilmiştir. Kompleksteki redoks aktif metal iyonunun elektron transferini azaltması sebebiyle 5'ten imal edilen BDGP en düşük enerji dönüşüm verimini (% 0,51) vermiştir. Buna karşın, elektron transferini azaltmayan redoks inaktif metal iyonları içeren 4 ve 6 no'lu komplekslerden yapılmış BDGP'ler ise sırasıyla % 1,27 ve % 1,11 gibi makul düzeylerde enerji dönüşüm verimleri göstermişlerdir. Verimler arasındaki küçük de olsa görülen bu fark, 4'ün 6'ya göre daha küçük bant aralığı enerjisi ve daha yüksek molar absorpsiyon katsayısı göstermesinden kaynaklanıyor olabilir. Çünkü bu özellikler, görünür bölgede geniş absorpsiyon ve yüksek fotoakım görülmesine sebep olmaktadır. Anahtar kelimeler: Şalkon, Ftalosiyanin, Metal iyonlar, Elektrokimya, Boya duyarlı güneş pilleri.

In this study, the peripherally tetra-substituted metallophthalocyanines (MPcs, M = Zn, Co, Ni) bearing the chalcone, (E)-3-(4-hydroxyphenyl)-1-(thiophen-2-yl)prop-2-en-1-one, for dye-sensitized solar cells (DSSCs) were used. Electrochemical, optical and photovoltaic properties of all the MPcs as sensitizers were examined. Electrochemical studies reveal that while the ZnPc (4) and NiPc (6) give only Pc ring-based redox reactions, the CoPc (5) shows the redox reactions based on both the central metal and the ring due to the metal 3d orbitals locate between the Pc HOMO and LUMO. The DSSC based on 5 gave the lowest power conversion efficiency (0.51%), perhaps due to the presence of a redox active central metal ion in the core of the complex, which results in a decrease electron transfer in the device. However, the DSSCs based on the redox inactive central metal ions, which cannot reduce electron transfer, showed reasonable power conversion efficiencies of 1.27% and 1.11% for 4 and 6, respectively. The slight difference between the efficiencies can be attributed to narrower band gap and higher molar extinction coefficient of 4 than 6, which ensure a broader light absorption in the visible region and higher photocurrent. Keywords: Chalcone, Phthalocyanine, Metal ions, Electrochemistry, Dye-sensitized solar cells.