Binalara Entegre Fotovoltaik Uygulamaları için Cam Tabanlı Lüminesan Güneş Yoğunlaştırıcıların Geliştirilmesi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Kimya-Metalurji Fakültesi, Met.Ve Malzeme Müh.Böl., Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2026
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: Emre İLTER
Danışman: Ali Erçin Ersundu
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bina ile bütünleşik fotovoltaik (BIPV) sistemler, doğrudan, dağınık ve iç mekân aydınlatması altında çalışabilen şeffaf, dayanıklı ve ölçeklenebilir ışık toplayıcı yüzeylere ihtiyaç duyar. Lüminesanslı güneş yoğunlaştırıcılar (LSC'ler), geniş bir yüzeyden güneş ışığını toplayıp cihaz kenarlarına yerleştirilen küçük fotovoltaik hücrelere dalga kılavuzluğu yoluyla yönlendirerek bu gereksinimi karşılar. Bu çalışmada, 2.5 mm kalınlığında iki cam esaslı LSC platformu geliştirilmiştir: (i) yüksek şeffaflık ve renk nötrlüğü için tasarlanan Eu3+ katkılı camlar ve (ii) yüksek foton dönüşüm performansı için geliştirilen CsPbBr3 perovskit kuantum nokta cam nanokompozitleri (PQD-GNC). Laboratuvar ölçekli sonuçların metre ölçeğine taşınması için birleşik deneysel ve model tabanlı bir yaklaşım uygulanmıştır. Eu3+ katkılı camlarda katkı oranının optimize edilmesi, optik berraklık ve renk nötrlüğü korunurken taşıma kayıplarını en aza indirmiştir. 2×2 ile 6×6 cm2 arasında üretilen LSC cihazları, görünür bölgede ortalama ~%90 geçirgenlik, neredeyse nötr renk üretimi (CRI ≈ 98) ve yüksek çevresel kararlılık sergilemiştir. Dış foton verimliliği (ηext) tüm boyutlarda ~%6.4 civarında sabit kalarak ölçekleme sırasında dalga kılavuzu kaynaklı kayıpların ihmal edilebilir olduğunu göstermiştir. Buna karşın, 〖PCE〗_lsc değeri boyut artışıyla 0.852%'den 0.164%'e düşmüştür. Bu azalma tamamen geometrik bir etkiden kaynaklanmaktadır: ışık toplayan yüzey alanı karesel olarak artarken, enerji dönüştüren kenar alanı yalnızca doğrusal olarak büyümektedir. Sonuç olarak birim alan başına verim düşerken, toplam akım, gerilim ve güç çıktıları cihaz boyutuyla birlikte artmaktadır. PQD-GNC LSC'lerde geniş soğurma profili ve yüksek kuantum verimi (QY ≈ %97) birlikte etkin foton dönüşümünü mümkün kılmaktadır. 1×1 cm2 boyutunda 〖PCE〗_lsc %3.16, optik verim %27.13 ve ηext %53.7 olarak elde edilmiştir. Boyut 5×5 cm2'ye çıkarıldığında toplam elektrik çıktısı artmakta, ancak 〖PCE〗_lsc geometrik kazanım sebebiyle %0.38'e düşmektedir. Optik verim ve ηext sırasıyla %0.38, %2.78 ve %35.2'ye düşmektedir; ki bu durum dalga kılavuzu kayıplarının ortaya çıkmasıyla ilişkilidir. 100×100 cm2'ye kadar yapılan Monte Carlo simülasyonları, optik performanstaki ilk düşüşün yaklaşık 3×3 cm2 civarında doygunluğa ulaştığını ve dalga kılavuzu kayıpları ile artan ışık toplama alanı arasında bir denge oluştuğunu, dolayısıyla artan boyutun artık cihaz performansını etkilemediğini göstermektedir. Sonuç olarak, Eu3+ katkılı camlar estetik nötrlüğü, PQD-GNC sistemleri ise yüksek foton dönüşüm kapasitesini öne çıkaran tamamlayıcı LSC platformları sunmaktadır. Bu bulgular, mimari cepheler ve pencereler gibi BIPV uygulamaları için dayanıklı ve ölçeklenebilir cam tabanlı LSC'lerin uygulanabilirliğini ortaya koymaktadır.