Güneş Pili Uygulamaları İçin Yeni Boyar Maddelerin Sentezi ve Karakterizasyonu
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Burak Yıldız
Danışman: Muhammet Kasım Şener
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Boya esaslı güneş pilleri (DSSC), düşük üretim maliyeti, renk ve şeffaflık gibi ayarlanabilir estetik özelliklerinden dolayı önemli bir güneş enerjisi dönüştürme teknolojisidir. Boya esaslı güneş pillerinin temel bir bileşeni olan boya molekülü, solar fotonları toplar ve uyarılmış hale geçer. Uyarılan boya molekülü metal oksidin iletim bandına elektron enjekte ederek yük ayırma işlemini başlatır. Kırmızı/yakın kızılötesi bölgede soğurma yapması, termal ve kimyasal kararlılıkları nedeniyle ftalosiyaninler boya esaslı güneş pillerinde boya olarak kullanılmaktadır. Son yıllarda özellikle karboksilik asit içeren asimetrik ftalosiyaninler boya esaslı güneş pillerinde yaygın olarak kullanılmıştır. Karboksilik asit, boya molekülünün metal oksit yüzeyine tutunmasında işlev görmektedir. Bununla birlikte ftalosiyanin esaslı boyalar, metal oksidin yüzeyinden zamanla ayrılarak güneş hücrelerinin uzun süreli kararlılığını azaltmaktadır. Son yıllarda gerek güneş hücrelerinin uzun süreli kararlılığını, gerek fotovoltaik performansını artırmak amacıyla boyanın metal oksidin yüzeyine tutunmasını sağlayacak karboksilik aside alternatif yeni fonksiyonel gruplar bulunmaya çalışılmaktadır. Bu tez, karboksilik aside alternatif olarak pirazol karboksilik asit içeren ve boya esaslı güneş pillerinde kullanılabilecek yeni asimetrik ftalosiyanin türevlerinin sentezlenmesini ve onların fotovoltaik özelliklerinin incelenmesini içeren üç farklı yayınlanmış çalışmadan oluşmaktadır. Birinci çalışmada oksijen köprülü pirazol karboksilik asidin etil ester formundaki ftalonitril türevi ve 4-tersiyer bütil ftalonitril kullanılarak asimerik çinko ftalosiyanin sentezlenmiştir. Elde edilen ester formundaki çinko ftalosiyanin daha sonra hidroliz edilerek bağlayıcı grup olarak kullanılan pirazol karboksilik asit türevi sentezlenmiştir (PCA-ZnPc-1). Sentezlenen bileşiklerin yapıları spektroskopik yöntemlerle karakterize edilmiştir. İlgili bileşiğin boya duyarlı güneş pili (DSSC) uygulamaları yapılmış ve literatürdeki aynı yapıda olan ve bağlayıcı grup olarak karboksilik asit türevlerinin kullanıldığı asimetrik ftalosiyanin örneklerine göre yaklaşık 3 kat daha fazla bir güç dönüşüm verimliliği (PCE) elde edilmiştir. Bu artışın yanı sıra, elde edilen maksimum güç dönüşüm verimliliğine yarı iletken kaplı camın boyaya yalnızca 2 saat daldırılmasıyla ulaşılmıştır. İkinci çalışmada bağlayıcı grup aynı olup asimetrik ftalosiyanin sentezinde 4-tersiyer bütil ftalonitril yerine periferal konumda 2 tane hekzil sülfanil grubu içeren ftalonitril türevi kullanılmıştır. Buradaki temel amaç hem S atomunun hem de elektron verici CH2 gruplarının etkisiyle asimetrik ftalosiyaninin maksimum dalga boyunu kırmızıya kaydırarak güç dönüşüm verimliliği üzerindeki pozitif etkisinin ne kadar olacağını gözlemlemektir. Yapılan ölçümlerde 25 nm lik bir kırmızıya kayma tespit edilmiştir. İlgili bileşiğin boya duyarlı güneş pili uygulamasında 4-tersiyer bütil grubu taşıyan türevine göre güç dönüşüm verimliliğinde yaklaşık %30'luk bir artış gözlemlenmiştir. Bu çalışmada ayrıca fotoelektrokimyasal su ayrışması ile hidrojen üretimi ölçümleri yapılmıştır. Üçüncü çalışmada da yine bağlayıcı grup aynı olup, asimetrik ftalosiyanin sentezinde bu sefer literatürde de birçok örneği bulunan ve hacimli grup kullanılmasıyla agregasyon azaltılarak güç dönüşüm verimliliğinde maksimum değerlere ulaşılmış olması göz önünde bulundurularak periferal konumlarda hacimli 2,6-difenil fenol içeren ftalonitril türevi kullanılmıştır. Yeni bileşiklerin yapıları spektroskopik yöntemlerle aydınlatılmıştır. Güç dönüşüm verimliliği 4-tersiyer bütil grubu taşıyan asimetrik ftalosiyanin türevine göre yaklaşık %53, hekzil sülfanil grubu taşıyan türevine göre yaklaşık %18'lik bir artış göstermiştir.