İndolin ve benzotiyadiazol esaslı boyaların güneş hücrelerinde kullanımlarının incelenmesi

Gratzel ve grubu tarafından 1991 yılında keşfedilen, çevre dostu, ucuz, üstün molar absorptivitesi olan, yüksek dönüşüm verimliliğine sahip boya duyarlı güneş pilleri (BDGH' ler), fotovoltaik alan için umut verici bir alternatiftir. BDGH' ler beş ana bileşenden oluşur: (i) iletken bir cam substrat, (ii) TiO2 gibi bir yarı iletken, (iii) hassaslaştırıcı boya, (iv) platinleştirilmiş bir karşı elektrot ve (v) redoks çifti içeren bir elektrolit. Bahsedilen bileşenlerin kombinasyonu, bu güneş pillerinin performansını önemli ölçüde etkiler. Hassaslaştırıcı boyanın adsorbe edildiği yarı iletken TiO2 filmi, güneş ışığı altında uyarılan elektronların taşınması için bir yol görevi görür. Ayrıca boya adsorpsiyonu, ışık saçılımı ve elektron taşıma özelliklerinde etkili olan TiO2 filminin morfolojisi ve yapısı, güneş ışığının elektrik enerjisine dönüşüm verimi için oldukça önemlidir. Fotoanot için solvent ve daldırma süresi de BDGH' lerin fotovoltaik performansını etkileyen önemli faktörlerdir. Ortak duyarlılaştırma (co-sensitization) yaklaşımı, BDGH' lerde hasat elde etmek için oldukça tercih edilen başka bir yöntemdir. Bu yaklaşım, her bir hassaslaştırıcının dar spektral aralığının sınırlandırılmasının üstesinden gelerek BDGH' nin spektral absorpsiyon aralığını geliştirir, böylece güneş pillerinin ışık toplama etkinliğini arttırır. Benzotiadiazol (RK1) ve indolin (D205) dahil olmak üzere metal içermeyen boyalara dayalı boya duyarlı güneş pillerinin (BDGH' ler) üretimi, TiO2 bileşimi, çözücü tipi, duyarlılaştırma süresi, yardımcı adsorban kullanımı ve ortak duyarlılaştırma açısından optimize edildi. Metanol ve tetrahidrofuranın, sırasıyla RK1 ve D205' e dayalı BDGH' leri imal etmek için en uygun çözücüler olduğu bulundu. Optimize edilmiş koşullar altında, saydam/şeffaf ve saçılan TiO2 fotoanot karışımından yapılan D205 tabanlı BDGH, %5,76 'lık bir güç dönüşüm verimliliği (PCE) sergilerken, şeffaf/saçılan TiO2' ye sahip RK1 tabanlı BDGH, %8,43' lük bir PCE elde edildi. Her boya için farklı fotoanot bileşimlerinin kullanılması, bu boyaların boyut veya geometrisindeki farklılık ile açıklanabilir. BDGH' lerin performansını iyileştirmek için kademeli bir ortak duyarlılaştırma stratejisi uygulandı. İki boyaya dayalı ortak duyarlılaştırılmış güneş pili, 360-670 nm aralığında pankromatik bir spektral tepki gösterir ve RK1 ile duyarlılaştırılmış güneş pillerinden daha üstün olan %9,30' luk bir genel PCE gösterdi.