Çözelti ve vakum esaslı yöntemler ile perovskit güneş hücrelerinin üretimi ve karakterizasyonu

Bu tez çalışmasında, çözelti ve vakum esaslı biriktirme yöntemleri kullanılarak perovskit güneş hücrelerinin üretimi optimize edilmeye çalışılmıştır. Çözelti esaslı hücre üretiminde MAPbI3 ve Cs(0,05)FA(0,85)MA(0,1)PbI(2,7)Br(0,3) olmak üzere iki farklı kompozisyonda perovskit bileşimi kullanılmıştır. FTO/k-TiO2/m-TiO2/perovskit/Spiro-OMeTAD/Au (k-TiO2: kompakt TiO2, m-TiO2: mezoporoz TiO2) konfigürasyonunda üretilen hücrelerde Cs(0,05)FA(0,85)MA(0,1)PbI(2,7)Br(0,3) kompozisyonuna sahip perovskit bileşik ile Voc: 1,105 V, Jsc: 23,38 mA/cm2, FF: 0,66 ve verim değeri %17,0 olan hücreler başarı ile üretilmiştir. Ayrıca, k-TiO2/m-TiO2'ye alternatif olarak SnO2'nin elektron taşıyıcı olarak kullanıldığı düzlemsel hücrelerin üretimi yapılmış ve verim değeri %15,06 olan bu hücrenin Voc, Jsc ve FF değerlerinin sırasıyla 1,091 V, 22,63 mA/cm2 ve 0,54 olduğu tespit edilmiştir. Spiro-OMeTAD'a alternatif olarak önerilen inorganik boşluk taşıyıcı CuSbS2 ile üretilen hücreden elde edilen en yüksek verimin %4,3 olduğu ve düşük verimin CuSbS2'nin kaplanması sürecinde sürekli bir film oluşturacak şekilde paketlenememesinden kaynaklandığı belirlenmiştir. Isıl buhar biriktime yöntemi ile MoO3/TaTm, MoO3/H2, MoO3/PTAA, PTAA ve PolyTPD'nin boşluk taşıyıcı, C60/BCP'nin ise elektron taşıyıcı olarak kullanıldığı MAPbI3 esaslı hücreler üretilmiş ve PTAA tabakaya sahip hücrenin diğerlerine göre termal olarak daha kararlı olduğu gözlemlenmiştir. PTAA kullanılarak Voc, Jsc, FF ve verim değerleri sırasıyla 1,087 V, 22,12 mA/cm2, 0,79 ve %19,2 olan hücreler başarı ile üretilmiştir. Bu hücrelerin oda sıcaklığı ve 65 °C raf ömrü kararlılık deneylerinde 850 h sonunda sırasıyla ilk veriminin %92 ve %82'sini koruduğu tespit edilmiştir. Bunlara ek olarak, oda sıcaklığı ve 85 °C arasında 200 termal çevrime maruz bırakılan hücrenin ilk veriminin %95'ini koruduğu gözlemlenmiştir. Işık altında maksimum güç noktası takip edilerek yapılan çalışma durumu kararlılık testinde ise hücre 230 h içinde başlangıç veriminin %80'ini koruyabilmiştir. Çalışma durumunda meydana gelen verim kaybının perovskitin kristalinitesinde azalmaya bağlı olduğu tespit edilmiştir. Kristalinitede azalma, hem soğurmada düşüşe neden olmuş hem de kristal yapıdaki noktasal hata konsantrasyonunda artışa bağlı olarak Shockley-Read-Hall yeniden birleşme oranını artırmıştır. Böylece, çalışma durumunda verimde azalmanın perovskit tabakadan kaynaklandığı ortaya konulmuştur.