Tek duvarlı karbon nanotüplerin organik güneş pillerinde elektrot malzemesi olarak kullanılması

Bu çalışmada, tek duvarlı karbon nanotüplerin (TDKNT) organik güneş pillerinin (OPV) verimlerini, karakteristik ve elektriksel özelliklerini geliştirmek için uygulanması gösterildi. OPV'lerde yük taşınımı önemli bir etkendir, burada yük taşınımı elektrot malzemeleri ile gerçekleşir. Aktif tabakada üretilen eksiton yüklerinin geçirgen elektrotlar aracılığıyla taşınması gerekir. İndiyum kalay oksit (ITO) organik güneş hücrelerinde en çok kullanılan ve çok iyi bir geçirgenliğe sahip bir elektrot malzemesidir. Bu elektrotun çalışma fonksiyonu, düşük dirence sahip olması onu OPV'ler için önemli bir hole taşıyıcı haline getirmektedir. Fakat ITO'nun kimyasal kararsızlığı, fiyatının pahalı olması ve artması, sert olması (elastik olmaması) elektronik pazarda etkisini yitirmesine sebep olmaktadır. Bu yüzden bu alanda ITO'ya alternatif olabilecek elektronik materyaller aranmaktadır. TDKNT'lerin tek boyuta sahip olmaları, mükemmel bir dizilişe sahip olmaları, sıradışı elektriksel ve mekaniksel özellikleri onları ITO'ya alternatif bir elektrot malzeme haline getirmiştir. Bu özellikleri ile TDKNT'ler bu alanda ITO'nun yerine kullanılabilecek bir materyal olarak kendine yer edinmiş ve zaman geçtikçe bu alanda daha da yayılmaktadır. Ayrıca elektriksel dirençleri, optik özellikleri yoğun elektron sahibi olmaları onların diğer bir önemli avantajlarıdır. KNT sentezinde; ark-boşalım, lazer buharlaştırma ve kimyasal buhar birikimi (KBB) yöntemleri uygulanmaktadır. Bunlardan KBB düşük maliyet, yüksek ve kaliteli ürün eldesi gibi sahip olduğu önemli avantajlardan dolayı, özellikle seri üretim için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Karbon kaynağı, katalizör, destek malzeme, sentez sıcaklığı ve süresi, katalizör kalsinasyonu, karbon nanotüp yapısını-morfolojisini ve karbon verimliliğini etkileyen önemli parametrelerdir. Tez çalışması kapsamında, İstanbul Teknik Üniversitesi–Enerji Enstitüsü, Malzeme Üretim ve Hazırlama Laboratuvarı'nda kimyasal buhar birikimi yöntemi ile asetilen hidrokarbon kaynağı, MgO destek malzemesi ve demir katalizörü kullanarak TDKNT'ler üretilmiş ve kimyasal oksidasyon yöntemi uygulanarak HNO3 ile saflaştırılmışlardır. TDKNT'lerin karakterizasyonu; termogravimetrik analiz (TGA), raman spektroskopisi ve geçirimli elektron mikroskobu (TEM) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen KNT'ler, cam malzeme (lam) üzerine dönel kaplama ve vakum filtrasyon işlemleri ile kaplanarak tarayıcı elektron mikroskobu (SEM), optik profilometre ve UV ölçüm cihazları ile karakteristik özelllikleri incelenmiştir. Hazırlanan TDKNT ince filmler, organik güneş pili üretiminde geçirgen elektrot olarak kullanılmış ve güneş sümülatörü ile pil verimleri incelenmiştir.