Solar cells
Bu konu başlığı altında 76 tez
Tandem perovskit foto-elektrokimyasal güneş pilleri için elektron ve boşluk taşıyıcı tabakaların geliştirilmesi
Günümüzde teorik verim limitlerine yaklaşmış olan tekli yapıdaki güneş pillerinin verimlerinin arttırılması ve gelen güneş ışığından daha fazla faydalanabilmesi adına tandem yapı olarak adlandırılan ikili güneş pilli mimarisi geliştirilmiştir. Bu yapılar ile farklı yasak enerji bant aralığına sahip iki ayrı güneş pili birleştirilerek farklı dalga boylarındaki ışık soğurulabilmekte ve böylelikle daha fazla verim elde edilmektedir. Foto-elektrokimyasal güneş pilleri ise gelen güneş ışığından faydalanarak suyun ayrıştırılması ile hidrojen elde edilen sistemlerdir. Bu anlamda hidrojen eldesi sırasında daha fazla akım üretmek adına tandem yapılarda kullanılmaktadır. Elektron taşıyıcı, perovskit ve boşluk taşıyıcı katmanlardan oluşan perovskit güneş pilleri bu anlamda tandem yapılar için ideal konuma gelmektedirler. Perovskit malzemeler, inorganik-organik hibrit yapıda üretilebilen, kolay üretim yöntemleri ile ince filmleri oluşturulan, yüksek soğurma katsayısına ve kontrol edilebilir yasak bölge enerji aralığına sahip olan yarıiletkenlerdir. Genellikle perovskit tabaka, elektron ve boşluk taşıyıcı katmanlar arasına yerleştirildiği sandviç yapı adı verilen güneş pili yapısı tercih edilmektedir. Bu yüzden elektron ve boşluk taşıyıcı katmanların opto-elektronik özellikleri total pil verimine önemli ölçüde etki etmektedir. Elektron taşıyıcı tabaka olarak n-tipi, boşluk taşıyıcı tabaka olarak ise p-tipi malzemeler kullanılmaktadır. Bu katmanlar sayesinde sandviç yapının ortasında yer alan perovskit malzemede ışık etkileşimiyle oluşan elektron-boşluk çifleri birbirinden ayırılarak elektron ve boşluk taşıyıcı tabakalara difüz etmesiyle ve rekombine olma süreleri uzamaktadır. Bu da pil performansına olumlu yönde katkı sağlamaktadır. Literatürde elektron taşıyıcı tabaka olarak TiO2, oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu bağlamda hazırlanan tez kapsamında elektron taşıyıcı tabaka olarak TiO2'e kıyasla daha kolay ve maliyet etkin üretim yöntemlerine sahip olan çevre dostu malzeme olan ZnO kullanılması konusu araştırılmıştır. ZnO elektron taşıyıcı tabaka, kimyasal banyo yöntemi ile üretilerek farklı morfolojilerde ince filmler elde edilmiş ve bu morfolojilerin performans kıyasları yapılmıştır. Üretilen ZnO nano çiçek nano yapılı güneş pilinin performansın iyileştirilmesi amacıyla kimyasal banyo solüsyonun pH optimizasyonu yapılmıştır. Perovskit tabaka olarak kararlılığı yüksek olan tamamen inorganik yapıdaki CsPbBr3 kullanılmıştır. Diğer katmanların pil performansına etkisi araştırılması adına perovskit katman sabit tutulmuştur. Boşluk taşıyıcı tabaka olarak ise CuI ve karbon ince film kullanılmıştır.
Boya temelli güneş hücreleri için bor içeren makro halkalı yeni bileşiklerin sentezlenmesi
Subftalosiyaninler (SubPc), merkezinde bor atomu bulunduran, sahip oldukları 3 izoindol ünitesinin ise merkezinde mevcut olan bor atomuna bağlı olmasıyla koni şeklini almış bileşiklerdir. SubPc'lerin yapısındaki 14π-elektron yapı içerisinde delokalize bir şekilde bulunur. SubPc'lerin merkezinde bulunan bor atomu yapının moleküler eksenini belirlediğinden dolayı diğer makro halkalı aromatik bileşiklerden farklı olarak düzlemsel değil koni şeklini almıştır. Yaygın düzlemsel aromatik bileşiklerden farklı olarak SubPc'lerin konik yapıları organik çözgenlerde kümeleşme (agregasyon) eğilimini engelemektedir. SubPc'lerin ultraviyole ve görünür ışık (UV-Vis) spektrumunda, karakteristik iki şiddetli absorbsiyon bandı olan, Q (500-700 nm) ve Soret-B (300 nm) görülmektedir. SubPc'lerin absorbsiyon pikleri yapının periferal konumuna bağlanacak donör veya akseptör gruplar ile daha uzun dalga boyuna kaydırılabilir. Bu yüksek lisans tez çalışmasında yeni SubPc türevleri sentezlenmiş, fotofiziksel ve elektrokimyasal karakterizasyonları yapılarak, boya temelli güneş hücrelerinde güneş ışığından elektrik enerjisi üretim potansiyelleri incelenmiştir. Ayrıca, SubPc'lerin periferal konumuna bağlanan farklı grupların molekülün çözünürlüğüne, absorbsiyonuna ve HOMO-LUMO enerji seviyelerine etkileri araştırılmıştır.
Ftalosiyanin temelli fotosensörlerin boya duyarlı güneş hücreleri uygulamaları
Ftalosiyaninler, 4 izoindol ünitesinden oluşan 18-π elektron sistemine sahip 8 azot ve 8 karbon içeren aromatik makrosilik bileşiklerdir. Halkadaki π elektronlarının delokalizasyonu moleküllerin ışık absorblama kapasitelerinin arttırır. Yapının azot atomları ile çevrili olmasından termal kararlılığı yüksektir. Ayrıca kimyasal kararlılığı ve uygun dalga boyundaki (600-800 nm) absorblama kapasitesinden farklı kullanım alanları bulmuştur. Ftalosiyaninler, özellikle fotovoltaik uygulamalarda tercih edilen moleküllerdir. Ancak, moleküller arasındaki güçlü π-π etkileşimleri, agregasyona neden olarak güneş hücrelerinin verimini etkileyebilir. Bu nedenle, ftalosiyaninlerin agregasyonu önlemek ve güneş hücrelerindeki verimlerini artırmak için ışık absorblama kapasitesi ve agregasyon gibi parametrelerin optimize edilmesi gerekmektedir. Bu yüksek lisans çalışmasında, farklı fonksiyonel gruplar içeren ve fotosensör olarak kullanılan ftalosiyanin moleküllerinin yapılarında kaboksilik asit (COOH) bağlayıcı grubuna alternatif olarak imidazol grubu bulunan çeşitli ftalosiyanin türevleri sentezlenmiştir. Bu türevlerin elektrokimyasal ve fotofiziksel özellikleri karakterize edilmiş ve karşılaştırılmıştır. Ayrıca sentezlenen bu türevler, boya temelli güneş hücrelerinde fotosensör olarak kullanılarak fotovoltaik performansları incelenmiştir. Bu çalışmada, imidazol grubu içeren farklı ftalosiyanin türevleri sentezlenmiştir. Bu türevler, kaboksilik asit (COOH) bağlayıcı grubuna alternatif olarak kullanılmıştır. Sentezlenen türevlerin elektrokimyasal ve fotofiziksel özellikleri incelenerek karşılaştırılmıştır. Bu karakterizasyon çalışmaları, moleküllerin elektronik ve optik özelliklerini anlamak için yapılmıştır. Ayrıca, sentezlenen ftalosiyanin türevleri, boya temelli güneş hücrelerinde fotosensör olarak kullanılmış ve fotovoltaik performansları değerlendirilmiştir. Bu çalışmalar, ftalosiyaninlerin güneş hücrelerindeki uygulamalarını daha iyi anlamak ve verimlerini artırmak için önemlidir.
RSM optimizasyonu ile çörekotu (Nigella Sativa L.) atık biyokütlesi-esaslı üretilen aktif karbon kullanılarak uçucu organik bileşiklerin giderilmesi ve fotovoltaik uygulamalarının incelenmesi
Bu çalışmada, yanıt yüzey metodolojisi (RSM) kullanılarak çinko klorür (ZnCI2) ile kimyasal aktivasyon yoluyla yağı alınmış çörekotu (Nigella Sativa L.) atık biyokütlesi-esaslı üretilen aktif karbonun hem uçucu organik bileşik (UOB)'lerin giderimi hem de fotovoltaik uygulamalarındaki performansı değerlendirilmiştir. Bu amaçla ilk etapta, aktif karbon üretim prosesi, aktivasyon süresi (30-60 dakika), aktivasyon sıcaklığı (400-600 °C) ve impregnasyon oranı (çörekotu atığı/ZnCI2, %50-150 ağırlıkça) gibi faktörler ile hedeflenen yanıt olarak iyot sayısı esas alınarak RSM'nin bir yaklaşımı olan merkezi kompozit tasarım (CCD) ile optimize edilmiştir. Ayrıca, aktif karbon üretimini etkileyen bu önemli faktörler, bir varyans analizi (ANOVA) ile tanımlanmıştır. Aktif karbon üretiminde, 57 dakika aktivasyon süresi, 550 °C aktivasyon sıcaklığı ve %105 impregnasyon oranı optimum değerler olarak saptanmış ve bu koşullar altında 1055 mg/g yüksek iyot sayısı alımına ulaşılmıştır. Optimum koşullarda üretilen aktif karbonun yüzey özellikleri, taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ve Brunauer–Emmett–Teller (BET) yüzey alanı gibi çeşitli analitik teknikler ile karakterize edilmiştir. Sonuçlar, optimal aktif karbonda önemli miktarda mikrogözeneklilik (%53,93) ve mezogözeneklilik (%46,07) oluştuğunu göstermiştir. Ayrıca optimal aktif karbon, 1213,32 m2/g spesifik yüzey alanı (SBET), 0,89 cm3/g toplam gözenek hacmi ve 787,65 m2/g mikrogözenek yüzey alanı ile oldukça gözenekli bir yapı sergilemiştir. Birçok endüstriyel proses, çok bileşenli sistem olarak ortaya çıkan UOB kirleticileri üretmektedir. Bu nedenle, UOB'lerin karşılaştırmalı ve rekabetçi adsorpsiyonunun araştırılması, pratik ve bilimsel öneme sahiptir. Bu anlamda, ikinci etapta, optimal aktif karbon kullanılarak UOB'ler olarak hedeflenen benzen, toluen ve ksilen (BTK) buharının tekli-bileşen, ikili-bileşen ve üçlü-bileşen sistemlerdeki karşılaştırmalı ve rekabetçi adsorpsiyon davranışları aydınlatılmıştır. Tekli-bileşen sistem ile karşılaştırıldığında, ikili-bileşen ve üçlü-bileşen sistemlerde, giriş konsantrasyonunun değişimine bağlı olarak BTK buharı oldukça farklı rekabetçi adsorpsiyon kapasitesi sergilemiştir. Çok bileşenli sistemlerdeki her bileşenin adsorpsiyon kapasitesi, tek-bileşen sistemdekinden çok daha azdır. Ayrıca, çok bileşenli sistemlerde K-buharının optimal aktif karbon üzerine dinamik adsorpsiyon kapasitesi, hem B-buharı hem de T-buharınkinden daha fazladır. Bu sonuçlar, optimal aktif karbonun K-buharı için adsorpsiyon seçiciliğinin T-buharı ve B-buharı için olandan daha yüksek olduğu gerçeğine atfedilebilir. Ayrıca, tekli-bileşen, ikili-bileşen ve üçlü-bileşen sistemlerinde, adsorpsiyon kapasitelerinde görülen K-buharı > T-buharı > B-buharı durumu, BTK buharının sahip olduğu rekabetçi hakimiyet, fiziksel adsorpsiyon bağlayıcı enerjiler, moleküler ağırlıklar ve metil grupları ile açıklanabilir. Bu uygulamadaki bulgular, belirli bir adsorbentle ilişkili olarak farklı UOB kirleticiler arasındaki karşılaştırmalı ve rekabetçi adsorpsiyon davranışının daha iyi anlaşılması için yardımcı olacaktır. BTK buharının optimal aktif karbon üzerine dinamik adsorpsiyon mekanizması, deneysel adsorpsiyon verilerine çeşitli kinetik ve izoterm modellerin uygulanmasıyla detaylı olarak açıklanmıştır. Reaksiyon temelli sözde-birinci-derece (SBD) kinetik modeli takip eden BTK buharının giderim prosesleri fiziksel adsorpsiyon mekanizmasını işaret etmektedir. Ayrıca, uygulanan difüzyon temelli partikül-içi difüzyon ve Boyd'nin film-difüzyonu kinetik modellerin değerlendirmelerine dayanarak, BTK buharı adsorpsiyon prosesi dengeye ulaşana kadar film-difüzyon direncinden (ilk aşama) ve ayrıca partikül-içi difüzyon direncinden (BTK molekülleri gaz filmi boyunca difüze olduktan sonra) etkilendiği sonucuna varılmıştır. Bunun yanı sıra, BTK buharı adsorpsiyonunda genel kütle transfer ve film kütle transfer faktörleri iç difüzyon faktöründen daha yüksek bulunmuştur ([kLa]g > [kLa]f > [kLa]d), bu da genel kütle transferi ve film kütle transferinin iç difüzyondan daha etkili olduğunu göstermektedir. Bir kadmiyum sülfür (CdS) tabanlı güneş pilinde, duyarlaştırıcı olarak CdS yarıiletken malzemesi çok önemli bir rol üstlenmektedir. Fotovoltaik uygulamalarda geniş bir şekilde kullanılan CdS tabanlı güneş pillerine ait fotovoltaik verimliliğin aktif karbon desteğiyle arttırılması büyük önem taşımaktadır. Ayrıca, aktif karbon, fotovoltaik cihazların elektrotlarına elektro-iletken katkılar, aktif malzemeler için destek olarak dahil edilmektedir. Bu nedenlerden dolayı, son etapta, literatürde sıklıkla kullanılan katkısız-katkılı CdS yarıiletken malzemeleri yerine optimal aktif karbon kullanılarak kimyasal çöktürme yöntemi ile aktif karbon destekli CdS (CdS/aktif karbon) ve üç farklı konsantrasyona (%0,33, %1 ve %3 ağırlıkça) sahip molibden (Mo)-katkılı CdS/aktif karbon, lantan (La)-katkılı CdS/aktif karbon ve mangan (Mn)-katkılı CdS/aktif karbon yarıiletken malzemeleri üretilmiştir. Tezin bu uygulamasındaki temel amaç; optimal aktif karbon destek malzemesi varlığında katkısız ve katkılı CdS yarıiletken malzemelerin güç dönüşüm verimliliklerinin nasıl değiştiğini belirlemek ve gözlemlenen bu etkiyi literatür ışığında yorumlamaktır. Üretilen saf CdS/aktif karbon, Mo-katkılı CdS/aktif karbon, La-katkılı CdS/aktif karbon ve Mn-katkılı CdS/aktif karbon yarıiletken malzemeler gelen fotonu akıma çevirme etkinliği (IPCE), SEM, X-ray ışınım kırınımı (XRD), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ölçümleri ile karakterize edilmiştir. Mo-katkılı CdS/aktif karbon, La-katkılı CdS/aktif karbon ve Mn-katkılı CdS/aktif karbon yarıiletken malzemelerin kristalit boyutları sırasıyla 11,09, 11,86 ve 10,52 nm olarak hesaplanmıştır. Bu sayısal veriler yarıiletken malzemelerin nano boyutta üretildiğinin bir göstergesi olarak kabul edilebilir. Bu uygulama kapsamında yapılan çalışmalar ile fotovoltaik uygulamalarda geniş bir şekilde kullanılan CdS tabanlı güneş pillerine ait fotovoltaik verimliliğin aktif karbon desteğiyle arttırılabilme kabiliyeti açıkça ortaya konulmuştur. Bu çalışma, RSM optimizasyonu ile biyoatık-esaslı üretilen aktif karbon kullanılarak UOB'ler olarak hedeflenen BTK buharının tekli, ikili ve üçlü-bileşen sistemlerdeki karşılaştırmalı ve rekabetçi dinamik adsorpsiyon mekanizmasını açıklığa kavuşturmak ve aktif karbon destekli CdS yarıiletken malzemeler kullanılarak elde edilen yarıiletken tabanlı güneş pil yapılarının güneş pil verimliliğini arttırmak için yeni bir strateji sunmaktadır.
Sb2Se3 ince filmlerinin sülfürizasyonu ile üretilen Sb2(S,Se)3 soğurucu katmanlarının karakterizasyonu
Antimon triselenid (Sb2Se3), günümüzde büyük ilgi gören inorganik yarı iletkenler arasında en umut verici soğurucu malzeme seçeneklerinden biridir. Ancak, Sb2Se3 güneş hücreleri için kaydedilen en yüksek verimlilik değerleri hala ideal değerden daha düşüktür. Cihaz performansını artırmak için Antimon selenosülfid (Sb2(SxSe1-x)3) bir seçenektir çünkü alaşımlı Sb2(SxSe1-x)3 'ün bant aralığı ve bant konumu gibi bazı özellikleri bileşime bağlıdır. Bu çalışmada, Sb2(SxSe1-x)3 ince filmlerin büyütülmesi için iki aşamalı bir yöntem kullanılmıştır. İlk aşamada, doğru akım (DC) mıknatıssal saçtırma tekniği kullanılarak soda kireç camı (SLG) altlıkları üzerine Sb2Se3 ince filmleri biriktirilmiştir. İkinci aşamada, Sb2(SxSe1-x)3 ince filmler elde etmek için Sb2Se3 ince filmler kuvars ampulde sülfürleme işlemine tabi tutulmuştur. Karakterizasyon sonuçları, sunulan yöntemle büyütülen Sb2(SxSe1-x)3 ince filmlerinin morfolojik, optik ve yapısal özelliklerinin, sülfürleme sırasında kullanılan sülfür tozu miktarlarına büyük ölçüde bağlı olduğunu göstermiştir. Sülfürün ayarlanmasıyla fotovoltaik uygulamalar için uygun bant aralığına, uygun yönlendirmeye ve kompakt morfolojiye sahip Sb2(SxSe1-x)3 soğurucu malzemeler elde edilebilir. Yukarıda bahsedildiği gibi, alaşımlı Sb2(SxSe1-x)3'ün bileşimsel manipülasyonu, Sb2(SxSe1- x)3'teki Se oranını basitçe artırarak veya azaltarak ISC veya VOC'yi iyileştirme fırsatı sunar. Bu açıdan detaylı optimizasyon ile maksimum verimlilik elde edilebilir. Ancak bu yaklaşım, bant aralığı azalmasının bir sonucu olarak ISC'deki iyileştirmeye VOC kaybının eşlik ettiği veya bunun tersi olduğu bir ikilemle karşı karşıyadır. Kademeli yapıya sahip güneş hücrelerinin, ISC ve VOC arasındaki bu ikilemi önleyebilir. Bu çalışmada, kademeli bileşime sahip Sb2(SxSe1-x)3 ince filmleri üretmek için kolay ve etkili bir yöntem sunarak, üretilen ince filmlerin özellikleri incelenmiştir. Kademeli bileşime sahip Sb2(SxSe1-x)3 ince filmini üretmek amacıyla mıknatıssal saçtırma tekniği ile üretilen Sb2Se3 filmlerinin üzerine hidrotermal biriktirme yöntemi ile Sb2S3 ince filmleri büyütülerek üretilen yapı ısıl işleme tabi tutulmuştur. Analiz sonuçları, çalışmamızda üretilen kademeli bileşime sahip Sb2(SxSe1-x)3 ince filmlerin yüksek verimliliğe sahip güneş hücreleri elde etmek için potansiyel bir aday olduğunu göstermiştir.
Metal katkılı TiO2 öncülleri kullanılarak boya duyarlaştırılmış güneş hücresi üretimi ve analizi
Bu tez çalışmasında, boyaya duyarlaştırılmış güneş hücrelerinin (DSSC) verimini artırmaya yönelik, DSSC ana bileşenlerinden yarıiletken malzeme ele alınmıştır. Yarıiletken malzeme olarak titanyum dioksit (TiO2) seçilmiştir. Alttaş olarak flor katkılı kalay oksit (FTO) camlar üzerine Niyobyum (Nb) katkılı ve katkısız TiO2 kaplanmış ve elde edilen camlar DSSC'nin çalışma elektrodu olarak kullanılmıştır. FTO camlara kaplama yapmak için ultrasonik sprey piroliz (USP) ince film kaplama tekniğinden yararlanılmıştır. Öncül solüsyon titanyum (IV) izopropoksit öncül malzemenin 1-propanol (%99.9) içerisinde 0.5 M konsantrasyonda çözdürülmesi ile hazırlandı. Reaksiyonun tamamlanmasını sağlamak ve boya adsorpsiyonunu artırmak için az miktarda glasial asetik asit eklendi. Hazırlanan başlangıç çözeltisi 275 °C' deki FTO camlar üzerine ince film formunda biriktirildi. Nozül frekansı 120 kHz, basınç 2.5 psi ve akış oranı 0.2 ml/dk olarak ayarlandı. Üretilen Nb katkılı ve katkısız TiO2 kaplı FTO camlar 500 °C' de 40 dakika boyunca tavlandı. Tavlama sonrasında kristal yapılarının değişimi X-ışını kırınım cihazı (XRD), yüzey morfolojileri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve elementel özellikleri ise EDS analizi ile incelenmiştir. XRD sonuçlarından, tavlamanın pik şiddetini artırdığı ve kristal yapıyı geliştirdiği sonucuna varılmaktadır. Buna ek olarak katkılanan Nb'nin de olumsuz bir etki oluşturmadığı sonucuna varılmıştır. EDS analizi ile kaplamanın başarılı bir şekilde gerçekleştiği desteklenmiştir. Nb katkılanarak üretilen hücrenin verimliliği katkısız TiO2 ile karşılaştırıldığında Nb katkısının bulunduğu hücrelerde daha yüksek verimlilik sergilendiğini göstermiştir. Katkısız TiO2 kaplı çalışma elektroduna sahip DSSC'nin verimi %0,03 ve FF ise %10,22 elde edilmiştir. Nb katkılı TiO2 çalışma elektroduna sahip DSSC'nin verimi ise %0.13, FF ise %10.89 elde edilmiştir.
Güneş enerjisi takip sistemi tasarımı, imalatı ve verimlilik karşılaştırması
Yapılan bu çalışma yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan güneşten elde edilen enerjinin, tasarlanan sistemle daha verimli hale getirilmesi ve sistemin korunmasını sağlamaya yöneliktir. Bu çalışmada sistemlerin veriminin karşılaştırılabimesi için dört tane PV pil sistemi tasarlanmıştır. Prototipi yapılan sistemler Isparta ili için yapıldığından, Isparta ili için güneş açıları dikkate alınmıştır ve çalışmada kullanılacak olan PV pillerinin sabit sistemde 0°, 10°, 33° ve takipli sistem prototiplerinin hazırlanması gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştililen bu prototiplerle PV pillerine gelen güneş ışıma değerleri ile akım- gerilim değerleri ölçülerek verim karşılaştırılması yapılmıştır. Bir sonraki aşamada ise verimi yüksek çıkan güneş takip sisteminin korunması ve çalışma ömrünün uzatılması için hava istasyonu ve titreşim sensörü eklenmiştir. Böylece hava istasyonundan elde edilen rüzgâr hızı verileri ve titreşim sensörü verileri yardımıyla güneş takip sisteminin olası fırtına ve dolu hadisesi meydana gelmesi halinde, sistemi korumak için, PV pillerinin bir biri üzerine kapanarak tehdit ortadan kalktığında, sistemin tekrar açılması sağlanmıştır. Tasarlanan ve imalatı yapılan güneş takipli sistemle, Isparta ili ve 2019 Temmuz ayı için 33o sabit açılı PV piline göre % 21 daha yüksek verim elde edilmiştir.
Giyilebilir fotovoltaik tekstil geliştirilmesi ve elektro optik analizi
Bu tez çalışmasında, organik güneş pili materyallerinin esnek yapılara ve tekstillere uygulanması ile fotovoltaik etki gösteren tekstil yapıları elde edilmiştir. Esnek yapı olarak ITO kaplı PET, PET ve tekstil/PET taşıyıcı tabakaları kullanılmıştır. Elde edilen esnek yapıların fotovoltaik özellikleri, standart olarak kullanılan FTO kaplı cam ve cam gibi rijit tabakalarla elde edilen güneş pilleri ile karşılaştırılmıştır. Uyarlanacak güneş pillerinde alt elektrot olarak kullanılacak olan AgNW (gümüş nanotel)/PEDOT:PSS PH 1000 hibrit yapılarının optimizasyonu yapılarak, direnç, optik geçirgenlik ve yüzey pürüzlülüğü değerlerine göre en uygun olan yapı seçilmiştir. Boşluk transfer tabakası olarak PEDOT:PSS Al 4083, fotoaktif tabaka olarak P3HT:PCBM ve PTB7:PC71BM karışımları ve üst elektrot olarak ise Al (100 nm) kullanılmıştır. Aydınlatma işlemi elde edilen tüm güneş pillerinde taşıyıcı tabaka tarafından yapılmış olup, tekstil materyali olarak gözenekli yapıya sahip polyester esaslı tül kumaş kullanılmıştır. Elde edilen tüm piller içerisinde, cam taşıyıcı tabakaya sahip, AgNW/PEDOT:PSS PH 1000 hibrit yapısının spin kaplama ile alt elektrot olarak kullanıldığı, fotoaktif tabaka olarak P3HT:PCBM karışımının kaplandığı pillerde %0.101 verim değeriyle en yüksek verimlilik elde edilmiştir. Esnek PET taşıyıcı tabakaya sahip, fotoaktif tabaka olarak PTB7:PC71BM karışımının kullanıldığı pillerde en yüksek verimlilik %0.0092 olarak elde edilirken, kumaş/PET taşıyıcı tabakasına sahip, fotoaktif tabaka olarak PTB7:PC71BM karışımının kullanıldığı pillerde en yüksek verimlilik %0.0015 bulunmuştur. Fotovoltaik yapılar ve elde edilecek alt elektrot değerlendirilirken UV-Vis soğurma spektrumları, AFM ve SEM mikroskopi teknikleri ile alınan görüntüler, akım-gerilim (I-V) ölçümleri gerçekleştirilerek, grafik ve değerlerle gösterilmiştir.
Metal organik kafes yapı katkılı boya duyarlı güneş hücrelerinin (DSSCS) üretimi ve güneş pili parametrelerinin belirlenmesi
Bu tez çalışmasında, boya duyarlı güneş pillerin (DSSC) verimini iyileştirmek amacıyla kullanılan çeşitli fotoanot malzemelerinin performansını optik soğurma özellikleri, elektron yaşam ömrü, rekombinasyon direnci açısından incelenmiştir. Çalışmada, sentezlenen MOF yapılar (MOF-5, ZIF-67, MIL-101, nano-MIL-101), grafen oksit (GO) katkılı ve GO/MOF ortak katkılı fotoanot bileşenli DSSC aygıtların verimlilikleri incelenmiştir. Araştırmanın ilk kısmı optimizasyon çalışmalarında MOF solüsyonları ile DSSC1 sette TiO2 fotoanot yüzey modifikasyonu, toz MOF yapı katkılı pasta ile hazırlanan fotoanot bileşenli DSSC2 seti çalışılmıştır. Katkılamanın fotovoltaik parametrelere etkisi üç ayrı ışık kaynağı altına incelenmiştir. Çalışmanın devamında; fiziksel ve fotovoltaik karakteristikleri belirlemek için GO, MOF katkılı ve GO/MOF ortak katkılı filmler cam ve FTO alttaş üzerine 'Doktor Blade' metodu ile kaplanmıştır. Hazırlanan filmlerin, kristallografik özellikleri, moleküler bağ yapıları, yüzey karakteristikleri ve soğurma özellikleri sırasıyla XRD, FT-IR, FE-SEM ve UV-Vis ölçümleri yardımıyla incelenmiştir. XRD yardımıyla filmin polikristal TiO2 (anataz ve rutil fazda) yapıda olduğu kaydedilmiştir. Katkılı filmlerin optik bant aralığında daralma belirlenmiştir. Katkılı fotoanotlar için optik soğurma ve boya tutunma kapasitesi verimi etkileyen kritik faktörler olarak değerlendirilmiştir. Fiziksel özellikleri tanımlanan katkılı fotoanot bileşenli DSSC aygıtların fotovoltaik parametrelerini ve verimi (ɳ) belirlemek için güneş simülatörü altında (100 mW/cm2) akım-gerilim (I-V) ölçümleri alınmıştır. Pillerin rekombinasyon dinamiklerini araştırmak için elektriksel impedans spektroskopisi (EIS) ölçümleri alınmıştır. Elektron yaşam ömrü, rekombinasyon direnci, elektronların etkin bir şekilde iletime katılmasının pil verimini etkileyen önemli faktörler olduğu kaydedilmiştir. Araştırma sonuçları, GO, MOF katkılı ve GO/MOF ortak katkılı fotoanot bileşenli DSSC'lerin verimlerinin katkısız DSSC'nin veriminden daha yüksek olduğunu göstermiştir. Farklı katkılı fotoanotlar arasında nano-MIL-101 katkılı olan en yüksek verimi sağlamış, diğer katkılı fotoanotların bazı sınırlamalar gösterdiği tespit edilmiştir. Bunun nedeni, MOF yapılı molekülün hem elektronik geçiş olasılığını hem de gözenekli yapısı sayesinde duyarlaştırıcı boyanın tutunacağı yüzey alanını artırması olarak izah edilebilir. Bu bulgular, DSSC teknolojisinin performansını artırmak için malzeme seçimi ve tasarımı konusunda önemli bilgiler sunmaktadır.
Yüksek optik performanslı polimer tabanlı güneş hücre yapılarının geliştirilmesi
Tez çalışması kapsamında, yüksek optik performansa sahip PTB7-tabanlı organik güneş hücrelerinin tasarlanıp ve optimal olarak belirlenenlerin üretilerek optik ve fotovoltaik özelliklerinin incelenmesi hedeflenmiştir. Tez çalışması kapsamında, teorik olarak hesaplanan 10 bin tane hücre tasarım üzerinden AVT, renk geriverim indeksi (CRI), korelasyonlu renk sıcaklığı (CCT) ve renk algısı gibi optik özellikleri inceleyerek MoO3/Ag/WO3 asimetrik DMD entegre edilen aktif bölgesi PTB7:PC71BM karışımı olan ve farklı avantajlarıyla optimal özelliklere sahip olan yarı-geçirgen organik güneş hücreleri belirlenmiştir. Bu optimizasyon Transfer Matris Metodu (TMM) hesapları yapılarak gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında yapılan hesaplamalar sonucunda, belirlenen hedefler doğrultusunda optik özelliklerin ön plana çıktığı maksimum AVT'ye sahip yapı (AVTmax) ve maksimum CRIext'ye sahip yapının yanı sıra ((CRIext)max), yapıya yeni bir malzeme entegre etmeden ulaşılabilecek en uç renkteki (Ekstrem Renk) yapı üretilmiştir. Ayrıca, renkli güneş hücresine ulaşmak amacıyla en yüksek AVT'ye sahip yapıya 1D-PC entegre edilmesi için yapılan TMM hesaplamaları sonucunda seçilen iki farklı renk bölgesine ulaşılmayı sağlayan güneş hücrelerinin üretimi yapılmıştır. Aynı zamanda, üretilen yapıların çift yüzlülük özelliklerine bakılarak farklı bir hedef doğrultusunda incelemede bulunulmuştur. AVTmax yapısı için AVT değeri teorik olarak %48,75 değerindeyken, üretilen yapının deneysel AVT değeri %47,14'tür. AVTmax yapısının %3,67 PCE değerine sahip olduğu belirlenmiştir. (CRIext)max yapısı için CRIext teorik olarak 99 ve deneysel olarak 97 değerlerini almıştır. (CRIext)max için teorik ve deneysel AVT değerleri sırasıyla %22,29 ve %23,82 olarak bulunurken, PCE %6,21 değerini almıştır. Tez kapsamında TMM hesaplamalarıyla belirlenen CIE x, y koordinatlarından faydalanılarak %25 AVT sınırının üzerinde rengi en uç noktaya doğru değiştirebilen Ekstrem Renk yapısı belirlenmiştir. Teorik olarak %25,15 AVT değerine sahip olan yapının deneysel AVT değeri %26,34 ve %5,81 PCE değerine sahiptir. Işık yönetim mühendisliği kapsamında yapılan hesaplamalarla yapı üzerine 1D-PC entegre edilerek AVT değeri %25 üzerinde olan ve pencere uygulamalarında farklı renk özellikleriyle kullanılabilecek yapılar tasarlanmıştır. TMM kullanılarak yapılan hesaplamalar sonucunda iki uç renk bölgesi belirlenmiştir. Sarı renk hedefine ulaşmak amacıyla λ_B'nin 425 nm olduğu (MgF2/WO3)N 1D-PC sisteminin 5 periyotlu yapısı seçilmiştir. Diğer bir uç nokta olarak ulaşılabilen mavi renk için ise λ_B'nin 650 nm olduğu (MgF2/WO3)N 1D-PC sisteminin 3 periyotlu yapısı seçilmiştir. Tez kapsamında yarı-geçirgen olarak tasarlanan güneş hücreleri çift yüzlü olarak kullanılma potansiyeline sahiptir, bu sebeple tez kapsamında üretilen yapıların çift yüzlülük özellikleri incelenmiştir. İnceleme sonucunda, AVTmax yapısı için çift-yüzlülük parametresi 0,94 olarak bulunurken, (CRIext)max ve Ekstrem Renk yapıları için sırasıyla 0,25 ve 0,34 olarak belirlenmiştir. AVTmax yapısı için elde edilen çift yüzlülük parametresinin bu tarz bir yapının çift yüzlülük potansiyelini göstermesi açısından önemlidir. Tez çalışması sonucunda, ışık yönetim mühendisliği esaslı yapılan detaylı hesaplamalarla hedeflenen yüksek optik performans sergileyen hücre yapıları tasarlanmış ve üretilmiş, fotovoltaik performans için hedeflenen artışlar sağlanmıştır.
c-Si heteroeklem güneş hücrelerinde geçirgen iletken oksit katman olarak kullanılan indiyum kalay oksit ince filmlerinin üretimi ve karakterizasyonu
Küresel temiz enerji talebinin artması, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımını ve fotovoltaik (PV) teknolojilerinin önemini artırmıştır. Özellikle kristal silisyum (c-Si) güneş hücreleri, PV pazarının %90'ından fazlasını oluşturmakta olup, maliyet ve verimlilik odaklı araştırmalarda ön plana çıkmaktadır. Bu bağlamda, silisyum heteroeklem (SHJ) güneş hücreleri, sundukları yüksek performansla büyük ilgi görmektedir. Bu çalışmada, SHJ hücrelerinde kullanılan geçirgen iletken oksit (TCO) katmanı olarak İndiyum Kalay Oksit (ITO) ince filmlerinin optimizasyonu amaçlanmıştır. ITO filmlerinin karakterizasyonu ve optimizasyonu, sıcaklık, plazma gücü ve oksijen akış oranına bağlı olarak gerçekleştirilmiştir. Cam yüzeyler üzerinde 100 nm kalınlıkta ITO filmleri, farklı sıcaklıklarda (RT, 150, 175, 200, 225, 250 °C) PVD yöntemi ile üretilmiş; en iyi sonuç 200 °C'de elde edilmiştir. Sıcaklık optimizasyonunun ardından, farklı plazma güçlerinde (1800, 1850, 1900, 1950, 2000, 2050 W) ITO filmleri üretilmiş ve 2050 W güçte optimum sonuçlar alınmıştır. Ayrıca, oksijen akış oranları (0, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 5 sccm) denendiğinde, en uygun değer 2.5 sccm olarak belirlenmiştir. Optimizasyon çalışmasının SHJ güneş hücresinin verimliliği üzerindeki etkisi incelenmiş ve güneş hücresinin fotovoltaik parametreleri olarak analiz edilmiştir. Yapılan ölçümler sonucunda, güneş hücresinin verimliliği %21.64 olarak ölçülmüştür.
CZTS tabanlı ince film güneş hücrelerine grafen entegrasyonu
Tez kapsamında, saçtırma sistemi kullanılarak Mo, Ni ve Cu folyolar üzerine Altlık/ZnS/CuSn/Cu yapısı üretilmiş ve Hızlı Tavlama Sistemi (RTP) ile Mo, Ni ve Cu folyolar için sırasıyla 550 °C, 425 °C ve 425 °C optimize edilen sıcaklıklarda sülfürlenerek CZTS filmler elde edilmiştir. Esnek-folyo/CZTS/CdS/i-ZnO/ITO/Al yapısı kullanılarak üretilen güneş hücrelerinde en yüksek hücre verimi %3.26 ile Mo-folyo/CZTS yapısından elde edilmiştir (Hücre-I). Ayrıca, CVD yöntemiyle Mo, Ni ve Cu folyolar üzerinde farklı katman sayılarında katkısız, N2-katkılı (NKGr) ve B2H6-katkılı (Diboran katkılı) (DKGr) grafen filmler sentezlenmiş ve yapılan karakterizasyonlar sonucunda Mo ve Cu folyolar üzerinde tek (TKGr) ve birkaç katmanlı (BKGr), Ni folyolar üzerinde ise birkaç ve çok katmanlı (ÇKGr) grafen filmlerin başarılı bir şekilde sentezlendiği belirlenmiştir. Tez kapsamında, yapılan grafen entegrasyonu ile Mo-folyo/BKGr/CZTS/CdS/i-ZnO/ITO/Al ve Ni-folyo/ÇKGr/CZTS/CdS/i-ZnO/ITO/Al yapısından sırasıyla %3.72 ve %2.3 (Hücre-II), Mo-folyo/BKGr/CZTS/CdS/i-ZnO/80nmITO/BKGr/Al yapısından %7.8 (Hücre-III), Mo-folyo/DKGr/CZTS/CdS/i-ZnO/80nmITO/BKGr/Al yapısından %8.57 (Hücre-IV) ve Mo-folyo/DKGr/CZTS/CdS/i-ZnO/80nmITO/NKGr/Al yapısından %9.0 hücre verimi elde edilmiştir.
c-Si heteroeklem/perovskit tandem güneş hücrelerinin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
c-Si SHJ ve perovskit tandem güneş hücrelerindeki en son ilerlemeler, hem üst hem de alt hücre katmanlarının optimizasyonuna, yenilikçi malzemelerin entegrasyonuna ve alt katman olarak kullanılan silisyum hücre türlerinin çeşitlendirilmesine yönelik çalışmalarla ivme kazanmıştır. Bu çalışmada, c-Si SHJ/perovskit tandem güneş hücreleri üzerine alt ve üst hücrenin geliştirilmesi ve karakterizasyonu yapılmıştır. Alt hücreyi oluşturan c-Si heteroeklem güneş hücresinin önemli bir katmanı olan ITO'nun O2 oranı ve sıcaklık optimizasyonu yapılarak karakterize edilmiştir. Üst perovskit hücrede ise tüm katmanlar solüsyon bazlı hazırlanıp dönel kaplama yöntemiyle üretilmiş ve karakterize edilmiştir. Monolitik c-Si Heteroeklem/Perovskit Tandem hücre yapısını oluşturmak için birinci adımda ITO filmler, oda sıcaklığı (RT) ile 250°C arasında değişen sıcaklıklarda magnetron püskürtme kullanılarak biriktirilmiş ve ideal ITO filmi için en uygun sıcaklık 200°C olarak belirlenmiştir. İkinci adımda ise bu ideal sıcaklıkla üretilen alt hücre üzerine geliştirilmiş perovskit üst hücre katmanları üretilerek tandem hücre yapısı tamamlanmıştır. Alt ve üst hücrenin Tandem-200 konfigürasyonunun verimliliği %16,74 olarak ölçülmüştür.
Katman diziliminin ve sülfürleme parametrelerinin esnek molibden altıklar üzerine büyütülen CZTS ince filmlerin özellikleri üzerindeki etkisi
Bu tez çalışmasında, esnek molibden (Mo) folyo üzerine manyetik saçtırma yöntemi kullanılarak Mo-folyo/CuSn/Cu/ZnS, Mo-folyo/CuSn/ZnS/Cu ve Mofolyo/ZnS/CuSn/Cu öncül katman dizilimleri üretilmiş ve devamında kesterit CZTS fazını elde etmek için Hızlı Tavlama Yöntemi (RTP) kullanılarak bu öncül katmanlar sülfür ortamında tavlanarak sırasıyla CZTS-I, CZTS-II ve CZTS-III filmler üretildi. (112) tercihli yönelimli XRD pikin FWHM değerleri kullanılarak hesaplanan kristal boyutları ve mikro-gerilmeler, CZTS-III örneğinin daha gelişmiş kristal kaliteye sahip olduğunu göstermiştir. Raman spektroskopisi ölçümleriyle tüm örneklerde kesterit CZTS fazının oluştuğu ve düşük miktarda CTS fazının varlığı doğrulanmıştır. Mofolyo/ZnS/CuSn/Cu katman sıralamasına ve CZTS-III filmlerinin SEM görüntülerinde, daha belirgin, homojen ve kompakt bir yüzey morfolojisi gözlemlenmiştir. CZTS ince film örneklerin optik bant aralık değerleri 1.44–1.50 eV aralığında değişkenlik göstermiştir. Alınan fotolüminesans (PL) ölçümleri, banttan banda geçişlerden ziyade, iletim bandından özden kusur seviyelerine geçişlerin olduğunu ortaya koymuştur.
Tiyenotiyofen ve bor içeren floresans materyallerin sentez ve karakterizasyonları
Son yılarda iletken polimerlerin gelişen teknoloji üzerindeki önemi daha da artmaktadır. Birçok cihaz farklı fonksiyonel gruplar içeren organik yapılardan yapılmaktadır. Bu fonksiyonel gruplar absorpsiyon, emisyon ya da kapasitor davranışlarını değiştirerek materyalin kullanım alanını belirlemektedir. Organik moleküllerin biosensör, OPV (organik fotovoltaik), OLED, kapasitör, elektrokromik cihazlarda kullanımına ilişkin yeni bir araştırma alanı oluşturmaktadır. Materyal kimyasında TT (tiyenotiyofen) ve DTT (Ditiyenotiyofen) sıklıkla kullanılmaktadır. Bunun başlıca nedeni uzun π konjugasyonuna sahip olması ve esnek olmayan , dayanıklı, düzlemsel yapısıdır. Tiyofen halkasında bulunan kükürt üzerinde ki ortaklaşmamış elektronların sayesinde iyi bir donor görevi gömektedir. Bu sayede konjuge sistemlerde moleküler arası iletişim yüksek olmakta ve düşük band aralığı için yararlı olmaktadır. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte moleküllerin sentez ve karakterizasyonu kolaylaşmış bu sayede küçük moleküller üzerinde de donor akseptör sistemler birlikte kullanılarak fonksiyonlandırma çalışmaları başlamıştır. Bu durum cihaz yapım prosesinde büyük kolaylıklar sağlamaktadır. Polimerik malzemelerin çoğu zaman çözünürlük sıkıntısı olması cihaz yapım sürecinde çeşitli zorluklar oluşturmaktadır. Bu nedenle küçük yapıda oligomerik materyallerin kullanımı yaygınlaşmaktadır. Ancak elbetteki HOMO-LUMO seviyelerinin ve bant aralıklarının uygun olması koşulu bu işlemdede kısıtlamalara neden olmaktadır. Bu kapsamda kullanılacak iyi donor ve iyi akseptör bileşiklerine duyulan ihtiyaç artmaktadır. Bu projede amacımız OLED ve güneş hücresi olabilecek, elektronca zengin tiyofen türevleri içeren donör molekülerle, elektronca fakir olan bor atomu ile oluşturulacak, donör-akseptör (D-A) sistemine sahip organik materyaller geliştirilecektir. Tiyofen türevleri olan DTT ve TT moleküllerinin grubumuzca geliştirilmiş olmaları ve borun ilk defa organik güneş pillerinde akseptör olarak kullanılması projenin özgün değerini oluşturmaktadır. Tüm bu bilgilerle OLED ve güneş hücresi olabilecek moleküllerin sentezine başlanmıştır. Ne yazık ki OLED için tasarlanan moleküllerde reaksiyon prosedürü ile ilgili sıkıntı meydana gelmiş ve sentez başarısız olmuştur. Ancak çalışmalar sırasında elde edilmiş olan 20 nolu molekül elektropolimerleştirilerek ECD ve kapasitör özellikleri incelenmiştir. Malzeme CV ile Pt elektrot üzerinde polimerleştirilmiştir. Sistemde Ag tel referans elektrot olarak kullanılmış, elektrolit 0.1M TBAPF6 (tetrabütilamonyum hekzafloro fosfat)'ın DCM-ACN karışımında hazırlanmasıyla elde edilmiştir. Monomer konsantrasyonu 1x10-3 M olacak şekilde ayarlanmıştır. Polimerleşme olduğu görüldüğünde benzer sistem ile İTO üzerine kaplama gerçekleştirilmiş ve CV-UV çalışması ile ECD özellikleri incelenmiştir. Daha sonra Pt xxii disk üzerine kaplamalar alınarak farklı potansiyeller için kapasitif davranışlarına bakılmıştır. Güneş hücresi olarak tasarlanan malzemeler ise Suzuki , Stille kenetlenme reaksiyonları yardımı ile sentezlenmiş ve 1H NMR, 13C NMR ile karakterizasyonları yapılmıştır. Optik ve elektronik özellikleri incelenmiş ve Gaussian09 hesaplamalı kimya programı kullanılarak DFT metodu ile moleküllerin yapılarının optimizasyonu hesaplanmıştır. Molekül sisteminde HOMO-LUMO dağılımlarına bakılmıştır. Optik, elektronik ve hesaplamalı bant aralıkları bulunmuştur. Optik ölçümlerde moleküllerin THF içerisi de alınan UV-Vis spektrumlarında pik 500nm'ye kadar uzamakta olan geniş absorpsiyonu güneş hücresinde donor molekül olarak kullanılabilecek olduğunu göstermektedir. Ayrıca UV-Vis spektrum üzerinden hesaplanmış olan optik bant aralıkları 2.41 ile 2.61 eV arasında bulunmuştur. Döngülü voltametre yardımı ile p-n doping uygulanmış ve moleküllerin oksidayon, redüksiyon noktaları tespit edilerek, elektronik bant aralıkları 1.83-2.98eV aralığında bulunmuştur. Tüm bu sonuçlarla görülmektedir ki 31 nolu molekülün UV-Vis spektrumu güneş hücresi olabilecek en yakın moleküldür. Bu durum arada bulunan tiyofen halkasının konjugasyona katılması yardımı ile olmaktadır. Projenin bir sonraki adımı aradaki tiyofen sayısını 2 ve 3 olarak artırmak olacaktır. Böylelikle UV spektrumda 500-600nm aralığında yakalanacağı ve güneş hücreleri için ideal dalgaboyuna erişilebileceği düşünülmektedir. Bu sistemi destekleyebilecek olan hesaplamalı kimya çalışmaları yapılmış TD metodu ile tahmini UV-Vis spekturumu elde edilmiş ve burada 700-800nm'ye kadar uzanan geniş bir absorpsiyon aralığı elde edilmiştir.
Derin öğrenme algoritmaları kullanılarak elektrolüminesans görüntüleri ile fotovoltaik hücrelerde kusur tespiti
Güneş enerjisi santrallerinin küresel ölçekte artan kurulum kapasitesi, PV modüllerin işletme ömrü ve verimliliğinin sürdürülebilirliğini kritik bir mühendislik problemi hâline getirmiştir. Üretim, nakliye ve saha montajı süreçlerinde hücre yüzeyinde oluşan mikro çatlaklar ve yapısal deformasyonlar, zamanla ciddi enerji kayıplarına neden olmaktadır. Bu kusurların tespitinde kullanılan EL görüntüleme tekniği endüstriyel standart olsa da elde edilen görüntülerin manuel analizi yüksek uzmanlık gerektirmekte ve zaman maliyeti oluşturmaktadır. Bu tez çalışmasında, PV hücre kusurlarının otonom, hızlı ve piksel hassasiyetinde tespiti için nesne tespiti ve bölütleme yaklaşımlarını birleştiren hibrit derin öğrenme mimarisi önerilmiştir. Çalışma kapsamında, literatürdeki güncel tek aşamalı tespit algoritmalarından YOLOv11 mimarisi ile temel segmentasyon modeli olan SAM 2 entegre edilmiştir. Önerilen yöntem, YOLOv11 aracılığıyla kusurların konumunu sınırlayıcı kutularla belirlemekte ve bu koordinatları "kutu istemi" olarak SAM 2 modeline ileterek kusurların morfolojik sınırlarını hassas şekilde maskelemektedir. Modelin eğitimi ve testi, EL2021 v10 açık kaynak veri seti ve saha çalışmalarından elde edilen özgün görüntülerin birleştirilmesiyle oluşturulan, toplam 13.631 görselden oluşan kapsamlı veri havuzu üzerinde gerçekleştirilmiştir. Deneysel sonuçlar, geliştirilen hibrit modelin "black_core", "crack", "finger", "horizontal_dislocation", "short_circuit", "star_crack" ve "thick_line" kusur sınıfları genelinde 0.885 mAP@0.5 değerine ulaştığını göstermektedir. Sınıf bazlı analizlerde, "black core" ve "short circuit" gibi belirgin kusurlar %99,5 gibi yüksek AP ile tespit edilirken, tespitin en zor olduğu çatlak sınıfında da literatürle rekabetçi sonuçlar elde edilmiştir. Bu çalışma, YOLOv11'in gerçek zamanlı tespit hızı ile SAM 2'nin "zero-shot" segmentasyon yeteneğini birleştirerek, manuel etiketleme maliyetlerini düşüren ve endüstriyel kalite kontrol süreçlerinde uygulanabilir, yüksek doğruluklu otonom sistem ortaya koymaktadır.
Fotovoltaik piller kullanılarak güneş ışınım şiddetinin beş farklı doğrultuda ölçülmesi ve verilerin analiz edilmesi
Bu çalışmada, farklı yönlerden gelen güneş radyasyonunu ölçmek için bir tane yatay ("ÜST") ve dört tane farklı dikey ("DOĞU", "BATI", "GÜNEY" ve "KUZEY") yüzeye yerleştirilmiş bir fotovoltaik sistem kuruldu. Volt biriminde dakikalık olarak ölçülen tüm veriler bir yıl boyunca (Nisan 2020 - Mart 2021) toplanmıştır. Tüm veriler eş zamanlı olarak Eppley B&W piranometresinden (Model 8-48) ölçülen veriler kullanılarak W/m2 birimine dönüştürülmüş ve daha sonra saatlik, günlük, aylık ve yıllık olarak analiz edilmiştir. Günlük verilerden yıllık olarak beş farklı yöndeki ("ÜST", "DOĞU", "BATI", "GÜNEY" ve "KUZEY") toplam güneş radyasyon bileşenleri sırasıyla 122092.60 W/m2, 38886.30 W/m2, 80494.43 W/m2, 103446.57 W/m2 ve 34832.45 W/m2 olarak hesaplanmıştır. Ayrıca, aylık olarak ortalama toplam güneş radyasyonu sırasıyla 350.92 W/m2, 207.74 W/m2, 231.74 W/m2, 298.16 W/m2 ve 100.08 W/m2 olarak da elde edilmiştir. Elde edilen sonuçların daha güvenilir, kapsamlı bir güneş radyasyonu veri tabanı oluşturmaya yardımcı olabileceğine inanıyoruz.
Passivation studies for textured solar cells
Depending on the energy need, the energy obtained from the sun is becoming more and more important in today's technology. Therefore, there is a need for solar cells with increased efficiency and reduced cost. The most effective way to increase efficiency is to reduce the amount of reflected light and to increase the interaction between the material used in the production of solar cells and the light. There are basically two ways to increase the interaction of light and the material used. Increasing the surface and light interaction with the patterns on the surface and coating the surface with Antireflective Coatings (ARC). Depending on the patterns created on the surface, the optical path length of the light in the material is increased, and the light, by using the shapes on the surface, increases the interaction by hitting the absorber layer more than once. The aim of this study is to keep the interaction with light at the maximum and to ensure that the efficiency can reach the highest levels. Optimum conditions were studied by testing different ARC materials and parameters with hole textured surfaces. The effects of light reflection on the performance of Single and Double layer Antireflective Coatings (SARC and DARC) on the performance of Silicon solar cells were studied. Optical analyzes of SARC and DARC layers, which were produced using different methods, were performed. In addition to the parameters used in production, the surfaces planned to be produced until obtaining the optimum result were converted into solar cells and simulated using SILVACO tools Athena and Atlas.
The production and investigation of antimony based thin films for energy applications
Unlike the materials commonly used in thin-film photovoltaic technologies, Sb2S3 films promise a high potential in energy applications with their unique properties such as containing abundant and non-toxic elements, stability and high absorption coefficient. However, theoretically predicted efficiency values cannot be reached for Sb2S3 based photovoltaic solar cell devices. High optical band gap and high electrical resistivity values are the main reasons for this. The motivation of this Ph.D. thesis is to add Cu and Bi metals into the Sb2S3 structure by applying new and alternative methods in the production process and to find solutions for the high optical band gap and high electrical resistivity problems of Sb2S3 film, which is known as an emerging material for solar cell technologies. It is aimed to obtain Cu or Bi containing Sb2S3 films with a two-stage process. In the first stage, the precursor coatings were obtained by thermal evaporation method, and in the second stage, these precursor coatings were subjected to heat treatment for an effective metal diffusion in a furnace in sulfur atmosphere. Precursor coatings for Cu-containing Sb2S3 films were prepared in Cu/Sb2S3 form and the initial heat treatment temperature was determined as the key parameter. In addition, precursor coatings prepared in two different geometries as bi-layer form of Bi/Sb2S3 and multi-layer form of Bi/Sb2S3 (5 layers) were subjected to heat treatment in a sulfur atmosphere at different temperatures (180, 200, 220, 240 and 260 ◦C) and Bi containing Sb2S3 films were obtained. Analyses were performed by Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, X-ray Diffraction, Raman spectroscopy, Atomic Force Microscopy, Scanning Electron Microscopy and Four-Probe Technique to investigate the effect of incorprating Cu and Bi metals and selected initial parameters on the physical properties of Sb2S3 films. As a result of the analyses and evaluations carried out, it has concluded that the properties of Sb2S3 films containing Cu and Bi can be improved by using parameters such as initial heat treatment temperature and precursor coating geometry during metal incorpration processes, and outputs of this study may be a solution to common problems such as high optical bandgap and high electrical resistivity value of Sb2S3 films.
Güneş pili için elektrot aktif materyal tasarımı
Bu çalışmada, elektron verici, elektron alıcı ve π boşluk oluşturucu gruplar sırasıyla; karbazol, siyanoasetik asit, tiyofen ve furan birimlerini içeren yeni organik monomerler tasarlanmış ve sentezlenmiştir. Sentezlenen 2-siyano-3-[5-(9-oktil-9H-karbazol-3-il)-tiyofen-2-il]-akrilik asit (1ThCzSA), 3-(5-{6-[5-(2-karboksi-2-siyano-vinil)-tiyofen-2-il]-9-oktil-9H-karbazol-3-il}-tiyofen-2-il)-2-siyano-akrilik asit (2ThCzSA), 2-siyano-3-[5-(9-oktil-9H-karbazol-3-il)-furan-2-il]-akrilik asit (1FuCzSA), 3-(5-{6-[5-(2-karboksi-2-siyano-vinil)-furan-2-il]-9-oktil-9H-karbazol-3-il}-furan-2-il)-2-siyano-akrilik asit (2FuCzSA) karbazol türevli monomerlerin spektroskopik karakterizasyonları FT-IR, 1H-NMR, 13C-NMR ile analiz edilmiştir. Karakterizasyon çalışmaları ile yapıları aydınlatılan bileşiklerin (1ThCzSA, 2ThCzSA, 1FuCzSA, 2FuCzSA) hazır alınan ve fotoanot olarak kullanılan Titan (IV) oksit (TiO2) ile Boya Duyarlı Güneş Pili (BDGP) fabrikasyonları yapılmıştır. Tüm BDGP' lerin akım-voltaj (J-V) ölçümleri, AM 1,0 G (100 mW/cm2) aydınlatma koşullarında solar simülatör cihazı gerçekleştirilmiştir. Güneş pili performansını etkileyen açık devre voltajı (Voc), kısa devre akımı (Isc), dolum faktörü (FF) ve güç dönüşüm verimliliği (%n) değerleri ölçülmüştür. Sentezlenen monomerlerden; 1ThCzSA, 2ThCzSA ve bu monomerlerin karbazol ile kopolimerleri dönüşümlü voltametri yöntemi (CV) kullanılarak indiyum katkılı kalay oksit (ITO) yüzeyinde sentezlenmiştir. Elektrokimyasal sentezler tetrabutilamonyum heksaflorofosfat (TBAPF6) ve tetraetilamonyum tetrafloroborat (TEABF4) içeren diklorometan:asetonitril (DCM:ACN) çözücü karışımlarında iki farklı ortamda gerçekleştirilmiştir. ITO yüzeyinde elde edilen filmlerin elektrokimyasal yöntemle karakterizasyonları yapılmıştır. Ayrıca bu filmlerin yüzey morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılarak incelenmiştir. Dönüşümlü voltametri yöntemi ile filmlerin redoks parametreleri, elektroaktif özellikleri ve elektrokararlılıkları incelenerek güneş pillerinde elektrot aktif materyal olarak kullanımının uygunluğu araştırılmıştır.
FTO/TiO2/MAPbI3/C60/Ag tabakaları ve perovskit güneş hücresinin stres faktörleri altında karakterizasyonu
Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan Güneş enerjisi büyük bir potansiyele sahiptir. Ancak yenilenebilir enerjilerden elektrik enerjisi üreten sistemler ve teknolojiler sürdürülebilir kullanım için yüksek verim ve düşük maliyetleri karşılamak noktasında yetersiz kalmaktadır. Güneş hücrelerinin üretimindeki teknolojilerin ilerlemesi ile yeni nesil güneş hücreleri kendilerine bu alanda yer bulmaya başlamışlardır. Bu yeni nesil güneş hücreleri arasında olan perovskit güneş hücreleri düşük maliyetleri ve yüksek verimleriyle bilim insanlarının dikkatini çekmektedir. Ancak perovskit güneş hücrelerinin piyasada ticari olarak bulunamamasının sebebi üretimlerinden kısa bir süre sonra bozunmaları ve verimlilik değerlerini kaybetmeleridir. Bu tez çalışmasında; FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/C60/Ag konfigürasyonunda üretilmiş olan perovskit güneş hücrelerinin hem hücre hem de tabaka bazlı bozunmaları incelenmiştir. Bu bağlamda tabakalardan CH3NH3PbI3 ve C60 termal buharlaştırma yöntemi ile TiO2 tabakası ise sputter (saçtırma) yöntemi ayrı ayrı cam taban malzemeler üzerine büyütülmüştür. Üretilen malzemelerin yapısal karakterizasyonu için XRD (X- ışını Kırınımı) desenlerinin analizleri, yüzey morfolojisi analizleri için Taramalı Elektron Mikroskobu, optik absorbasyon ve ışıl geçirgenlik için UV-Vis Soğurma Spektroskopisi analizleri yapılmıştır. Üretilen malzemelerin bozunma mekanizmaları laboratuvar atmosferi, vakum atmosferi, ışık banyosunda, ultraviyole ışık altında ve oksijen gazı altında yaşlandırılmış durumları için elektriksel karakterizasyon yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Elektriksel karakterizasyon yöntemleri olarak ışık akısına bağlı, sıcaklığa bağlı, zamana bağlı, karanlık ve aydınlık iletkenlik ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Stres faktörleri altında tabakalarda elde edilen sonuçlar ile hücrelerde elde edilen sonuçlar arasında korelasyon kurularak bozunmanın etkilerine ışık tutulmaya çalışılmıştır.
Dumlupınar Üniversitesi Merkez Kampus çevre aydınlatma elektrik enerjisinin; güneş enerjisi ile sağlanması
Günümüzde enerji ihtiyacı nüfus artışı, hızlı teknolojik gelişmeler, ekonomik büyüme ve küreselleşme gibi etmenlere bağlı olarak artmaktadır. Güneş enerjisi, enerji tüketimine cevap verebilmek amacıyla kullanılan alternatif enerji kaynaklarından birisidir.Bu tez çalışmasında Dumlupınar Üniversitesi merkez kampüsünde bulunan tüm dış aydınlatmaların, güneş enerjisi ile elektrik ihtiyacı karşılanırsa, uygulanabilir projesi nasıl olur sorusuna yanıt vermiştir. Bunun için mevcut aydınlatma armatürlerini besleyen enerji dağıtım panolarındaki akımlar ayrı ayrı ölçülmüştür. Bu ölçümler sonucunda kurulu güç hesaplanmıştır. Projede güneş pilleri on-grid inverter ile şebekeye bağlı olarak sistemi beslemiştir. Projede gerilim düşümü hesaplamaları yapılmış, buna bağlı dağıtım projesi de çizilmiştir. Kullanılacak olan güneş paneli sayısı ve inverter gücü hesaplandıktan sonra kampüste uygun bulunan arazi seçilerek yerleri proje üzerinde gösterilmiştir. Projede kullanılacak malzemelerin maliyet analizi çıkarılarak, projenin ne kadar sürede ekonomik olacağı hesaplanmıştır.
Kimyasal püskürtme tekniği ile üretilen CdO bileşiklerinin yapısal ve optik özellikleri
Bu çalışmada, katkısız ve farklı oranlarda (%0, %2, %4, %6 ve %8) flor katkılı CdO yarıiletken filmleri kimyasal püskürtme yöntemi ile cam tabanlar üzerine 250 ? taban sıcaklığında üretilmiştir. CdO yarıiletken filmlerinin yapısal ve optiksel özelliklerine F katkısının etkisi araştırılmıştır. Üretilen yarıiletken ince filmlerin kalınlıkları, 0.078-0.150 µm arasında değişmektedir. CdO:F filmlerinin soğurma spektrumlarından direkt band geçişli oldukları ve yasak enerji aralıklarının 2,60-3,40 eV arasında değiştiği görülmüştür.X-ışınları kırınım desenlerinden elde edilen filmlerin yapısının polikristal ve yüzey merkezli kübik yapıda oldukları belirlenmiştir. Katkısız ve F katkılı CdO ince filmlerinin x-ışını kırınım deseninden yararlanarak a örgü sabiti değerlerinin 4,68514 ? ile 4,7067 ? arasında, tanecik büyüklüklerinin 215 ? ile 265 ? arasında ve dislokasyon yoğunluklarının 1,418×10-3 (nm)-2 ile 2,16132×10-3 (nm)-2 arasında oldukları hesaplanmıştır.
Development of an electrodynamic cooling system and simulator to improve the performance of a double faced photovoltaic system
Photovoltaic cooling is a way to improve electrical performance of photovoltaics against thermal effects. Based on this purpose, the thesis study is developed with three subsystems: Solar simulator system, dynamic control system and double faced photovoltaic system. Solar simulator system has two identical light sources, two identical photovoltaic panels back to back, cooler and heater. By activating heater, thermal effect on electrical performance of double faced system is observed. By activating cooler, cooling effect on electrical performance of double faced photovoltaic system is observed. Dynamic control system has two temperature sensors those are inside the solar simulator and outside the solar simulator. Based on temperature difference between temperature sensors, cooling mechanism is activated electrodynamically. Temperature measurement is done in a real-time manner. Double faced photovoltaic system is designed to improve electrical performance of photovoltaic systems. It is placed inside the solar simulator system to improve the output power. It is concluded that designed solar simulator system eases the observation of thermal and cooling effect on electrical performance of photovoltaic systems. Thanks to its time-independent and weather-independent operation, it is possible to conduct experiments in every day time, every month and every weather.