CIGSSe/Perovskit Tandem Güneş Pillerinin Sprey Piroliz Yöntemi ile Üretimi ve Bu Yapılar için Yeni Malzemelerin Geliştirilmesi

SANKIR, Mehmet; TUTUMLU, Zeynep; DEMİRCİ SANKIR, Nurdan; Parlak, Mehmet

CIGSSe/Perovskit Tandem Güneş Pillerinin Sprey Piroliz Yöntemi ile Üretimi ve Bu Yapılar için Yeni Malzemelerin Geliştirilmesi

Yürütücü

Nurdan DEMİRCİ SANKIR (TOBB EKONOMİ VE TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ)

Danışman(lar)

Mehmet PARLAK (TOBB EKONOMİ VE TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ)

Araştırmacı(lar)

Zeynep TUTUMLU, (TOBB EKONOMİ VE TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ)

Mehmet SANKIR (TOBB EKONOMİ VE TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ, FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ)

14 8

Proje Grubu: MAG Sayfa Sayısı: 132 Proje No: 315M348 Proje Bitiş Tarihi: 01.01.2020 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 30-03-2021

CIGSSe/Perovskit Tandem Güneş Pillerinin Sprey Piroliz Yöntemi ile Üretimi ve Bu Yapılar için Yeni Malzemelerin Geliştirilmesi

Öz:

Fotovoltaik günes pilleri, toplam elektrik üretimine her geçen yıl daha fazla katkı saglayarak yenilenebilir enerji kaynakları arasındaki yerini saglamlastırmaktadır. Fotovoltaik günes pillerinin bu hızlı yükselisi temel anlamda iki parametreye baglıdır. Bunlar, yarıiletken malzemelerin iyilestirilmesi/gelistirilmesi ve yarıiletken ince film üretim tekniklerinin iyilestirilmesi/gelistirilmesi olarak sıralanabilir. Bu kapsamda yapılan çalısmalar ile, laboratuvar skalasında günes pili verimleri %46?ları bulmus, ayrıca enerji-geri-dönüsüm zamanları da 1 yıl civarına gerilemistir. Fotovoltaiklerin toplam enerji üretimine olan katkısının daha da artması için maliyet/performans oranının düsürülmesi kritiktir. Bu kapsamda solüsyon tabanlı üretim yöntemleri, klasik vakum tabanlı üretim yöntemlerine kıyasla çok daha düsük maliyet avantajı ile karsımıza çıkmaktadır. Bu projede CuInGa(S,Se), perovskit ve bu yapılardan olusan tandem günes pilleri maliyet etkin solüsyon tabanlı üretim yöntemleri ile üretilmistir. Bu dogrultuda sogurucu ve tampon tabakaların üretiminde sprey piroliz ve dönel kaplama yöntemleri kullanılmıstır. Sprey piroliz, diger solüsyon tabanlı üretim yöntemlerine kıyasla çok daha az solüsyon tüketmesi, stokiyometri kontrolünün kolaylıgı, genis alanlara kolay adapte edilebilmesi gibi avantajlar ile ön plana çıkmaktadır. Perovskit tabanlı günes pillerinde elektron iletim tabakası (ETL) olarak kullanılan titanyum dioksite (TiO2) alternatif olusturan çinko oksit (ZnO) nanoyapılar proje kapsamında kimyasal banyo yöntemi ile sentezlenmis ve bu yapıların günes pili performansına olan etkileri ayrıntılı bir sekilde çalısılmıstır. 3D ZnO nanoyapıların 1D ZnO nanoyapılara kıyasla daha yükse foto çevrim verimi sagladıgı saptanmıstır. Proje kapsamında hem sogurucu hem de tampon tabakaların sprey piroliz ile üretildigi ZnO-NG/CIGS/InS yapılı fotoelektrokimyasal günes pillerinde en yüksek dıs kuvantum verimi 382 nm dalgaboyunda % 83 olarak hesaplanmıstır. Projede farklı ABX3 perovskit yapılar (A: Cs ve FAI ; B: Pb ve Sn ; X: I ve Br) dönel kaplama yöntemi ile TiO2 ve ZnO, ETL üzerine kaplanarak kararlılıkları test edilmistir. Ayrıca bu yapıların günes pili performansları çalısılmıstır. Son olarak arkadan ve önden aydınlatmalı konfigürasyonlarda CIGS/Perovskit tandem yapılar olusturularak günes pili performansları saptanmıstır. Projede üretilen perovskit günes pillerinde en yüksek kuvantum verimi ZnONL/ CsPbBr3 taban konfigürasyonunda %38 olarak hesaplanmıstır. Bu verim ZnONG/ CIGS/InS ve d/mTiO2/CsPbBr3 tandem yapıların olusturulması ile %51?e çıkarılmıstır.

Anahtar Kelime: zno nanoyapılar tandem günes pilleri perovskit günes pilleri cuınga(s-se) ince film günes pilleri

Konular: Nanobilim ve Nanoteknoloji

Erişim Türü: Erişime Açık

Bailie,C. D., Christoforo,M. G., Mailoa,J.P., Bowring,A.R., Unger, E.L., Nguyen,W.H., Burschka, J., Pellet,N., Lee, J.Z., Michael Gratzel, M., Noufi, R., Buonassisi, T., Salleo, A., McGehee, M.D.2015. “Semi-transparent perovskite solar cells for tandems with silicon and CIGS”, Energy Environ. Sci., 8, 95.
Burroughes, J.H., Bradley, D.C., Brown, A.R, Marks, R.N., Mackay, K., Friend, R.H., Burns, L., Holmes, A.B.,1990. “Light-emitting diodes based on conjugated polymers’’Nature 347(6293), 539-541.
Burschka, J., Pellet, N., Moon, S.J., Humphry-Baker, R., Gao, P.,Nazurettin M., Grätzel, M. 2013. “Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells”, Nature 499(7458):316-9
Cai, B., Xing, Y., Yang, Z., Wen-Hua Zhang, W.-H., Qiu, J. 2013. “High performance hybrid solar cells sensitized by organolead halide perovskite”, Energy Environ. Sci., 6, 1480- 1485
Chapin, D. M., Fuller, C.S., Pearson, G.L. 1954. “A New Silicon p‐n Junction Photocell for Converting Solar Radiation into Electrical Power”, J. Appl. Phys., 25, 676 – 677.
Conings, B., Conings,B., Baeten, L., De Dobbelaere, C., D'Haen, J., Manca, J., Boyen, H.G.2013. Perovskite-based hybrid solar cells exceeding 10% efficiency with high reproducibility using a thin film sandwich approach. Adv. Mater., 26(13):2041-6
Duan, J., Zhao, Y., He, B., Tang, Q. “High‐Purity Inorganic Perovskite Films for Solar Cells with 9.72 % Efficiency”, 2018. Angew. Chem., 130, 3849– 3853.
Fang, Y., Wei, H., Dong, Q., Huang, J. 2017. “Quantification of re-absorption and reemission processes to determine photon recycling efficiency in perovskite single crystals”, Nature Com. 8,14417.
Haider, S. Z., Anwar, H., Wang, M. 2018. “A comprehensive device modelling of perovskite solar cell with inorganic copper iodide as hole transport material”, Semicond. Sci. Technol., 33, 035001.
Ho-Baillie, A., Zhang, M., Lau, C.F.J., Ma, F.J., Huang, S. “Untapped Potentials of Inorganic Metal Halide Perovskite Solar Cells”, Joule, 3, 938 – 955.
Hossain, Md. A., Tianliang, Z., Kian Keat, L., Xianglin, L., Prabhakar, R. R., Batabyal, S. K., Mhaisalkar, S. G., Wong, L. H. 2015. “Synthesis of Cu(In,Ga)(S,Se)2 thin films using an aqueous spray-pyrolysis approach, and their solar cell efficiency of 10.5%”, J. Mater. Chem. A, 3, 4147.
Ko, Y., Kim, Y., Lee, C., Kim, Y., Jun, Y. 2018. “Investigation of hol transporting (Polutrilamine) on aggregation and charge transport for hysteresisless scalable planar perovskite solar cells”, ACS Appl. Mater. Interfaces, 10, 11633−11641.
Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., Miyasak, T. 2009. “Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells”, J. Am. Chem. Soc.,131, 6050 – 6051.
Kranz, L., Abate, A., Feurer, T., Fan Fu, F., Avancini, E., Lö ckinger, J., Reinhard, P., Zakeeruddin, S.M., Gratzel, ̈ M., Buecheler, S., Tiwari A.N. 2015. “High-Efficiency Polycrystalline Thin Film Tandem Solar Cells”, J. Phys. Chem. Lett., 6, 2676−2681.
Liu, X., Zhao, W., Cui, H., Xie, Y., Wang, Y., Xu, T., Huang, F. 2015. “Organic–inorganic halide perovskite based solar cells – revolutionary progress in photovoltaics”, Inorg. Chem. Front., 2, 315-335.
Liu, Y., Chen, Q., Duan, H.-S., Zhou, H. Yang, Y.(M.), Chen, H., Luo, S., Song, T.-B. Dou, L., Honga Z., Yang, Y. 2015. “A dopant-free organic hole transport material for efficient planar heterojunction perovskite solar cells”, J. Mater. Chem. A, 3, 11940– 11947.
Löper, P., Stuckelberger, M., Niesen, B., Werner, ́ J., Filipic,̌ M., Moon, S.-J., Yum, Y.H., Topic, M., Wolf, S.D., Ballif, C. 2015. “Complex Refractive Index Spectra of CH3NH3PbI3 Perovskite Thin Films Determined by Spectroscopic Ellipsometry and Spectrophotometry” J. Phys. Chem. Lett. 6, 66−71.
Mailoa, J.P., Bailie, C. D., Johlin, E. C., Hoke, E. T., Akey, A. J., Nguyen, W.H., McGehee, M. D., Buonassis, T. 2015. “A 2-terminal perovskite/silicon multijunction solar cell enabled by a silicon tunnel junction”, Applied Physics Letters, 106, 121105.
Malinkiewicz, O., Yella, A., Lee, Y. H., Espallargas, G.M., Graetzel, M., Nazeeruddin, M.K., Bolink, H.J. “Perovskite solar cells employing organic charge-transport layer”, Nature Photonics, 8, 341.
Moller, C.K.1957. “ A phase transition in Ceasium plumochloride”, Nature, 180, 981-982. Nature, 347, 539–541.
Noh, J.H., Im, S.H., Heo, J.H., Mandal, T.N., Seok, S.I. 2013. “Chemical management for colorful, efficient, and stable inorganic-organic hybrid nanostructured solar cells”, 13(4):1764-9.
Sabba, D., Mulmudi, K.H., Prabhakar, R.R., Krishmoorthy, T., Baikie, T., Boiz, P.P., Mhaisalkar, S., Mathews, N. 2015. “Impact ofAnionic Br − Substitution on Open Circuit Voltage in Lead Free Perovskite (CsSnI 3 ‐ x Br x) Solar Cells”, J. Phys. Chem. C, 119, 1763 – 1767.
Sankir, N.D., Aydin, E., Ugur, E., Sankir, M. 2015. “Non-toxic and environmentally friendly route for preparation of copperindium sulfide based thin film solar cells”, Journal of Alloys and Compounds 640, 468–474.
Sankir, N.D., Aydin, E., Unver, H., Uluer, E., Parlak, M. 2013. “Preparation and characterization of cost effective spray pyrolyzed absorber layer for thin film solar cells”, Solar Energy 95 (2013) 21–29.
Schneider, B.W., Lal, N.N., Baker-Finch, S., White, T.P. 2014. “Pyramidal surface textures for light-trapping and antireflection in perovskite-on-silicon tandem solar cells”, Opt. Express, 22, A1422.
Septina, W., Kurihara, M., Ikeda, S., Nakajima, Y., Hirano, T., Kawasaki, Y., Harada, T., Matsumura, M. 2015. “Cu(In,Ga)(S,Se)2 Thin Film Solar Cell with 10.7% Conversion Efficiency Obtained by Selenization of the Na-Doped Spray-Pyrolyzed Sulfide Precursor Film”, ACS Appl. Mater. Interfaces, 7, 6472−6479.
Stoumpos, C. C., Malliakas, C.D., Kanatzidis, M.G. 2013. “Semiconducting Tin and Lead Iodide Perovskites with Organic Cations: Phase Transitions, High Mobilities, and Near- Infrared Photoluminescent Properties”, Inorg. Chem., 52, 9019 – 9038.
Takahashi, Y., Obara, R., Lin, Z.-Z., Takahashi, Y., Naito, T., Inabe, T., Ishibashib, S., Terakura, K. 2011. “Charge-transport in tin-iodide perovskite CH3NH3SnI3: origin of high conductivity”, Dalton Trans., 40, 5563.
Vos, A.D. 1980. “Detailed balance limit of the efficiency of tandem solar cells”, J. Phys. D: Appl. Phys., 13, 83946.
Wang, H., Yu, Z., Jiang, X., Li, J., Cai, B., Yang, X., Sun, L. 2017. “Efficient and Stable Inverted Planar Perovskite Solar Cells Employing CuI as Hole-TraFnsporting Layer Prepared by Solid–Gas Transformation”, Energy Technol., 5, 1836 – 1843.
Wojciechowski, K., Stranks, S. D., Abate, A., Sadoughi, G., Sadhanala, A., Kopidakis, N., Rumbles, G., Li, G.Z., H. Friend, R.H., Jen, A., Henry J. Snaith, H.J.2014. “Heterojunction Modification for Highly Efficient Organic-Inorganic Perovskite Solar Cells”, ACS Nano, 8(12), 12701–12709.
Yang, W. S., Noh, J. H., Jeon, N. J., Kim, Y. C., Ryu, S., Seo, J., Seok, S. Il. 2015. “Highperformance photovoltaic perovskite layers fabricated through intramolecular exchange”, Science, 348 (6240), 1234-1237.
Yang, Y(M.), Chen, Q., Hsieh, Y.-T., Song, T.-B., De Marco, N., Zhou, H., Yang, Y. 2015. “Multilayer Transparent Top Electrode for Solution Processed Perovskite/ Cu(In,Ga)(Se,S)2 Four Terminal Tandem Solar Cells”, ACS Nano, 9(7), 7714–7721.
Yin, W.J., Yang, J.-H., Kang, J., Yan, Y., Wei S.-H. 2015. “Halide perovskite materials for solar cells: a theoretical review”, J. Mater. Chem. A., 3, 8926-8942.

APA	DEMİRCİ SANKIR N, Parlak M, TUTUMLU Z, SANKIR M (2020). CIGSSe/Perovskit Tandem Güneş Pillerinin Sprey Piroliz Yöntemi ile Üretimi ve Bu Yapılar için Yeni Malzemelerin Geliştirilmesi. , 1 - 132.
Chicago	DEMİRCİ SANKIR Nurdan,Parlak Mehmet,TUTUMLU Zeynep,SANKIR Mehmet CIGSSe/Perovskit Tandem Güneş Pillerinin Sprey Piroliz Yöntemi ile Üretimi ve Bu Yapılar için Yeni Malzemelerin Geliştirilmesi. (2020): 1 - 132.
MLA	DEMİRCİ SANKIR Nurdan,Parlak Mehmet,TUTUMLU Zeynep,SANKIR Mehmet CIGSSe/Perovskit Tandem Güneş Pillerinin Sprey Piroliz Yöntemi ile Üretimi ve Bu Yapılar için Yeni Malzemelerin Geliştirilmesi. , 2020, ss.1 - 132.
AMA	DEMİRCİ SANKIR N,Parlak M,TUTUMLU Z,SANKIR M CIGSSe/Perovskit Tandem Güneş Pillerinin Sprey Piroliz Yöntemi ile Üretimi ve Bu Yapılar için Yeni Malzemelerin Geliştirilmesi. . 2020; 1 - 132.
Vancouver	DEMİRCİ SANKIR N,Parlak M,TUTUMLU Z,SANKIR M CIGSSe/Perovskit Tandem Güneş Pillerinin Sprey Piroliz Yöntemi ile Üretimi ve Bu Yapılar için Yeni Malzemelerin Geliştirilmesi. . 2020; 1 - 132.
IEEE	DEMİRCİ SANKIR N,Parlak M,TUTUMLU Z,SANKIR M "CIGSSe/Perovskit Tandem Güneş Pillerinin Sprey Piroliz Yöntemi ile Üretimi ve Bu Yapılar için Yeni Malzemelerin Geliştirilmesi." , ss.1 - 132, 2020.
ISNAD	DEMİRCİ SANKIR, Nurdan vd. "CIGSSe/Perovskit Tandem Güneş Pillerinin Sprey Piroliz Yöntemi ile Üretimi ve Bu Yapılar için Yeni Malzemelerin Geliştirilmesi". (2020), 1-132.

APA	DEMİRCİ SANKIR N, Parlak M, TUTUMLU Z, SANKIR M (2020). CIGSSe/Perovskit Tandem Güneş Pillerinin Sprey Piroliz Yöntemi ile Üretimi ve Bu Yapılar için Yeni Malzemelerin Geliştirilmesi. , 1 - 132.
Chicago	DEMİRCİ SANKIR Nurdan,Parlak Mehmet,TUTUMLU Zeynep,SANKIR Mehmet CIGSSe/Perovskit Tandem Güneş Pillerinin Sprey Piroliz Yöntemi ile Üretimi ve Bu Yapılar için Yeni Malzemelerin Geliştirilmesi. (2020): 1 - 132.
MLA	DEMİRCİ SANKIR Nurdan,Parlak Mehmet,TUTUMLU Zeynep,SANKIR Mehmet CIGSSe/Perovskit Tandem Güneş Pillerinin Sprey Piroliz Yöntemi ile Üretimi ve Bu Yapılar için Yeni Malzemelerin Geliştirilmesi. , 2020, ss.1 - 132.
AMA	DEMİRCİ SANKIR N,Parlak M,TUTUMLU Z,SANKIR M CIGSSe/Perovskit Tandem Güneş Pillerinin Sprey Piroliz Yöntemi ile Üretimi ve Bu Yapılar için Yeni Malzemelerin Geliştirilmesi. . 2020; 1 - 132.
Vancouver	DEMİRCİ SANKIR N,Parlak M,TUTUMLU Z,SANKIR M CIGSSe/Perovskit Tandem Güneş Pillerinin Sprey Piroliz Yöntemi ile Üretimi ve Bu Yapılar için Yeni Malzemelerin Geliştirilmesi. . 2020; 1 - 132.
IEEE	DEMİRCİ SANKIR N,Parlak M,TUTUMLU Z,SANKIR M "CIGSSe/Perovskit Tandem Güneş Pillerinin Sprey Piroliz Yöntemi ile Üretimi ve Bu Yapılar için Yeni Malzemelerin Geliştirilmesi." , ss.1 - 132, 2020.
ISNAD	DEMİRCİ SANKIR, Nurdan vd. "CIGSSe/Perovskit Tandem Güneş Pillerinin Sprey Piroliz Yöntemi ile Üretimi ve Bu Yapılar için Yeni Malzemelerin Geliştirilmesi". (2020), 1-132.