Yıl 2020, Cilt 8 , Sayı 1, Sayfalar 1058 - 1071 2020-01-31

Polimerik Güneş Hücrelerinde Ag Nanopartikül Katkılı TiO2 Tampon Tabakasının Kendiliğinden Organize Olan Tek Tabaka Moleküller (SAM) ile Modifiye Edilmesi
Polimerik Güneş Hücrelerinde Ag Nanopartikül Katkılı TiO2 Tampon Tabakasının Kendiliğinden Organize Olan Tek Tabaka Moleküller (SAM) ile Modifiye Edilmesi

Semih YURTDAŞ [1] , Mustafa CAN [2] , Mustafa KARAMAN [3] , Cem TOZLU [4]


Organik güneş hücrelerinin performansları üzerinde yüzey modifikasyonu ve metal nanopartiküller önemli bir rol oynamaktadır. Tek tabaka kendiliğinden organize olan (self assembly monolayer, SAM) organik malzemeler ucuz ve kolay uygulanabilir olmaları nedenleriyle diğer yüzey uygulama tekniklerine alternatif bir malzemelerdir. Metal nanopartiküllerin organik güneş hücrelerinde uygulama alanlarının geliştirilmesi son yıllarda önemli bir başlık haline gelmiştir. Bu çalışmada, sol-jel yöntemi ile sentezlenen TiO2 elektrot yapısına Ag np’ler katkılanmış ve Ag-/TiO2 yüzeyi SAM molekülü ile modifiye edilerek yeni bir tür elektrot tasarlanmıştır. TiO2 elektrotlu güneş hücresinde elde edilen verimlilik değeri % 2,25 iken, bu çalışmada tasarlanan Ag-TiO2/SAM elektrot yapısından elde edilen güneş hücre verimliliği % 2,84 olarak bulunmuştur.

Bu çalışmada, sol-jel yöntemi ile sentezlenen TiO2 yapısına, poliol yöntemi ile sentezlenen Ag np’ler katkılanmıştır. Elde edilen Ag katkılı TiO2 ine film yüzeyi kendiliğinden organize olan tek tabaka molekül (CT23) ile modifiye edilmiştir. Hazırlanan güneş hücresinin yapısı ITO/Ag-TiO2-CT23/P3HT:PCBM/MoO3/Ag şeklindedir. Sadece TiO2 kullanılarak yapılan güneş hücresinin akım yoğunluğu 6,76 mA/cm2 iken Ag np katkılanarak 6,89 mA/cm2 değerine ulaşılmıştır. Hem Ag np ile katkılama hem de CT23 molekülü ile modifikasyon sonucu elde edilen akım yoğunluğu ise 7,03 mA/cm2’dir. Verimlilik değerleri ise sırasıyla % 2,25, % 2,74 ve % 2,84’tür. Elde edilen sonuçlar Ag np ile katkılama ve CT23 molekülü ile modifikasyon işleminin, referans TiO2’e göre daha iyi sonuç verdiğini göstermektedir.

  • [1] Y. He, Z. Li, J. Li, X. Zhang, C. Liu, H. Li, L. Shen, W. Guo ve S. Ruan, "The role of Au nanorods highly efficient inverted low band gap polymer solar cells," Appl. Phys. Lett., vol. 105 no. 223305, pp. 1-5, 2014.
  • [2] S. Lattante "Electron and Hole Transport Layers: Their Use in Inverted Bulk Heterojunction Polymer Solar Cells," Electronics, vol. 3, no. 1, pp. 132-164, 2014.
  • [3] R. Po, C. Carbonera, A. Bernardi ve N. Camaioni, "The role of buffer layers in polymer solar cells," Energy Environ. Sci., vol. 4, no. 2, pp. 285-310, 2011.
  • [4] K. Yuan, L. Chen ve Y. Chen, "In situ photo catalytically heterostructured ZnO-Ag nanoparticle composites as effective cathode – modifying layers for air-processed polymer solar cells," Chem. - Eur. J., vol. 21, no. 33, pp. 11899–11906, 2015.
  • [5] S. Liu, F. Meng, W. Xie, Z. Zhang, L. Shen, C. Liu, Y. He, W. Guo ve S. Ruan, "Performance improvement of inverted polymer solar cells by dopin Au nanoparticles into TiO2 cathode buffer layer," Appl. Phys. Lett., vol. 103, no. 233303, pp. 1-4, 2013.
  • [6] W. S. Chung, H. Lee, W. Lee, M. J. Ko, N. G. Park, B. K. Ju ve K. Kim, "Solution processed polymer tandem cell utilizing organic layer coated nano-crystalline TiO2 as interlayer," Org. Electron., vol. 11, no. 4, pp. 521-528, 2010.
  • [7] C. Waldauf, M. Morana, P. Denk, P. Schilinsky, K. Coakley, S. A. Choulis ve C. J. Brabec, "Highly efficient inverted organic photovoltaics using solution based titanium oxide as electron selective contact," Appl. Phys. Lett., vol. 89, no. 233517, pp. 1-3, 2006.
  • [8] S. H. Chen, S. H. Chan, Y. T. Lin ve M. C. Wu, "Enhanced power conversion efficiency of perovskite solar cells based mesoscopic Ag-doped TiO2 electron transport layer," Appl. Surf. Sci., vol. 469, pp. 18-26, 2019.
  • [9] P. Lv, S. C. Chen ve F. Huang, "Controllable phase transformation of titanium dioxide for the high performance polymer solar cells," Sol. Energy Mater. Sol. Cells, vol. 192, pp. 88–93, 2019.
  • [10] J. Xiong, B. Yang, C. Zhou, J. Yang, H. Duan, W. Huang, X. Zhang, X. Xia, L. Zhang, H. Huang ve Y. Gao, "Enhanced efficiency and stability of polymer solar cells with TiO2 nanoparticles buffer layer," Org. Electron., vol. 15, no. 4, pp. 835-843, 2014.
  • [11] C. Tozlu, A. Mutlu, M. Can, A. K. Havare, Ş. Demiç ve S. İçli, "Effect of TiO2 modification with amino-based self-assembled monolayer on inverted organic solar cell," Appl. Surf. Sci., vol. 422, pp. 1129-1138, 2017.
  • [12] S. Mo ve W. Y. Ching, "Electronic and optical properties of three phases of titanium dioxide: Rutile, anatase, and brookite," Phys. Rev. B, vol. 51, no. 19, pp. 13023-13032, 1995.
  • [13] Z. Lin, C. Jiang, C. Zhu ve J. Zhang, "Development of inverted organic solar cells with TiO2 interface layer by using low-temperature atomic layer deposition," ACS Appl. Mater. Interfaces, vol. 5, no. 3, pp. 713-718, 2013.
  • [14] H. L. Gao, X. W. Zhang, Z. G. Yin, S. G. Zhang, J. H. Meng ve X. Liu, "Efficiency enhancement of polymer solar cell by localized surface plasmon of Au nanoparticles," J. Appl. Phys., vol. 114, no. 163102, pp. 1-6, 2013.
  • [15] M. F. Xu, X. Z. Zhu, X. B. Shi, J. Liang, Y. Jin, Z. K. Wang ve L. S. Liao, "Plasmon resonance enhanced optical absorption in inverted polymer/fullerene solar cells with metal nanoparticle-doped solution-processable TiO2 layer," ACS Appl. Mater. Interfaces, vol. 5, no. 8, pp. 2935−2942, 2013.
  • [16] S. Li, X. Zhu, B. Wang, Y. Qiao, W. Liu, H. Yang, N. Liu, M. Chen, H. Lu ve Y. Yang, "Influence of Ag Nanoparticles with Different Sizes and Concentrations Embedded in a TiO2 Compact Layer on the Conversion Efficiency of Perovskite Solar Cells," Nanoscale Res. Lett., vol. 13, no. 210, pp. 1-11, 2018.
  • [17] S. Woo, J. H. Jeong, H. K. Lyu, Y. S. Han ve Y. Kim, "In situ-prepared composite materials of PEDOT:PSS buffer layer-metal nanoparticles and their application to organic solar cells," Nanoscale Res. Lett, vol. 7, no. 641, pp. 1-6, 2012.
  • [18] T. Zhao, R. Sun, S. Yu, Z. Zhang, L. Zhou, H. Huang ve R. Du, "Size-controlled preparation of silver nanoparticles by a modified polyol method," Colloids Surf., A, vol. 366, no. 1-3, pp. 197-202, 2010.
  • [19] H. L. Yip, S. K. Hau, N. S. Baek, H. Ma ve A. K. Y. Jen, "Polymer Solar Cells That Use Self-Assembled-Monolayer-Modified ZnO/Metals as Cathodes," Adv. Mater., vol. 20, no. 12, pp. 2376-2382, 2008.
  • [20] Y. E. Ha, M. Y. Jo, J. Park, Y. C. Kang, S. I. Yoo ve J. H. Kim, "Inverted Type Polymer Solar Cells with Self Assembled Monolayer Treated ZnO," J. Phys. Chem. C, vol. 117, no. 6, pp. 2646-2652, 2013.
  • [21] S. I. Yoo, T. T. Do, Y. E. Ha, M. Y. Jo, J. Park, Y. C. Kang ve J. H. Kim, "Effect of Self-Assembled Monolayer Treated ZnO on the Photovoltaic Properties of Inverted Polymer Solar Cells", Bull. Korean Chem. Soc., vol. 35, no. 2, pp. 569-574, 2014.
  • [22] P. Docampo, J. M. Ball, M. Darwich, G. E. Eperon ve H. J. Snaith, “Efficient organometal trihalide perovskite planar-heterojunction solar cells on flexible polymer substrates,” Nat. Commun., vol. 4, no. 2761, pp. 1-6, 2013.
  • [23] A. Mutlu, M. Can ve C. Tozlu, “Performance improvement of organic solar cell via incorporation of donor type self-assembled interfacial monolayer”, Thin Solid Films, vol. 685, pp. 88-96, 2019.
Birincil Dil tr
Konular Mühendislik
Bölüm Makaleler
Yazarlar

Orcid: 0000-0002-5556-2196
Yazar: Semih YURTDAŞ
Kurum: Karamanoğlu Mehmetebey Üniversitesi Mühendislik Fakültesi
Ülke: Turkey


Orcid: 0000-0002-1749-8293
Yazar: Mustafa CAN
Kurum: İZMİR KATİP ÇELEBİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE MİMARLIK FAKÜLTESİ
Ülke: Turkey


Orcid: 0000-0001-8987-4246
Yazar: Mustafa KARAMAN
Kurum: Konya Teknik Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi
Ülke: Turkey


Orcid: 0000-0003-4192-5512
Yazar: Cem TOZLU (Sorumlu Yazar)
Kurum: İZMİR KATİP ÇELEBİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK ve MİMARLIK FAKÜLTESİ
Ülke: Turkey


Tarihler

Yayımlanma Tarihi : 31 Ocak 2020

Bibtex @araştırma makalesi { dubited631235, journal = {Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi}, issn = {}, eissn = {2148-2446}, address = {}, publisher = {Düzce Üniversitesi}, year = {2020}, volume = {8}, pages = {1058 - 1071}, doi = {}, title = {Polimerik Güneş Hücrelerinde Ag Nanopartikül Katkılı TiO2 Tampon Tabakasının Kendiliğinden Organize Olan Tek Tabaka Moleküller (SAM) ile Modifiye Edilmesi}, key = {cite}, author = {YURTDAŞ, Semih and CAN, Mustafa and KARAMAN, Mustafa and TOZLU, Cem} }
APA YURTDAŞ, S , CAN, M , KARAMAN, M , TOZLU, C . (2020). Polimerik Güneş Hücrelerinde Ag Nanopartikül Katkılı TiO2 Tampon Tabakasının Kendiliğinden Organize Olan Tek Tabaka Moleküller (SAM) ile Modifiye Edilmesi. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi , 8 (1) , 1058-1071 . Retrieved from https://dergipark.org.tr/tr/pub/dubited/issue/49725/631235
MLA YURTDAŞ, S , CAN, M , KARAMAN, M , TOZLU, C . "Polimerik Güneş Hücrelerinde Ag Nanopartikül Katkılı TiO2 Tampon Tabakasının Kendiliğinden Organize Olan Tek Tabaka Moleküller (SAM) ile Modifiye Edilmesi". Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 8 (2020 ): 1058-1071 <https://dergipark.org.tr/tr/pub/dubited/issue/49725/631235>
Chicago YURTDAŞ, S , CAN, M , KARAMAN, M , TOZLU, C . "Polimerik Güneş Hücrelerinde Ag Nanopartikül Katkılı TiO2 Tampon Tabakasının Kendiliğinden Organize Olan Tek Tabaka Moleküller (SAM) ile Modifiye Edilmesi". Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 8 (2020 ): 1058-1071
RIS TY - JOUR T1 - Polimerik Güneş Hücrelerinde Ag Nanopartikül Katkılı TiO2 Tampon Tabakasının Kendiliğinden Organize Olan Tek Tabaka Moleküller (SAM) ile Modifiye Edilmesi AU - Semih YURTDAŞ , Mustafa CAN , Mustafa KARAMAN , Cem TOZLU Y1 - 2020 PY - 2020 N1 - DO - T2 - Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi JF - Journal JO - JOR SP - 1058 EP - 1071 VL - 8 IS - 1 SN - -2148-2446 M3 - UR - Y2 - 2020 ER -
EndNote %0 Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi Polimerik Güneş Hücrelerinde Ag Nanopartikül Katkılı TiO2 Tampon Tabakasının Kendiliğinden Organize Olan Tek Tabaka Moleküller (SAM) ile Modifiye Edilmesi %A Semih YURTDAŞ , Mustafa CAN , Mustafa KARAMAN , Cem TOZLU %T Polimerik Güneş Hücrelerinde Ag Nanopartikül Katkılı TiO2 Tampon Tabakasının Kendiliğinden Organize Olan Tek Tabaka Moleküller (SAM) ile Modifiye Edilmesi %D 2020 %J Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi %P -2148-2446 %V 8 %N 1 %R %U
ISNAD YURTDAŞ, Semih , CAN, Mustafa , KARAMAN, Mustafa , TOZLU, Cem . "Polimerik Güneş Hücrelerinde Ag Nanopartikül Katkılı TiO2 Tampon Tabakasının Kendiliğinden Organize Olan Tek Tabaka Moleküller (SAM) ile Modifiye Edilmesi". Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 8 / 1 (Ocak 2020): 1058-1071 .
AMA YURTDAŞ S , CAN M , KARAMAN M , TOZLU C . Polimerik Güneş Hücrelerinde Ag Nanopartikül Katkılı TiO2 Tampon Tabakasının Kendiliğinden Organize Olan Tek Tabaka Moleküller (SAM) ile Modifiye Edilmesi. DÜBİTED. 2020; 8(1): 1058-1071.
Vancouver YURTDAŞ S , CAN M , KARAMAN M , TOZLU C . Polimerik Güneş Hücrelerinde Ag Nanopartikül Katkılı TiO2 Tampon Tabakasının Kendiliğinden Organize Olan Tek Tabaka Moleküller (SAM) ile Modifiye Edilmesi. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi. 2020; 8(1): 1071-1058.