Ferroelektrik fotovoltaik hücrelerin dizaynı, üretilmesi ve endüstriyel uygulamaları

Bu tezde, LaFe1-xMnxO3 (x = 0, 0.5 ve 1) ferroelektrik malzeme tozları, boya duyarlı güneş pili uygulamaları için sol-jel yöntemi ile hazırlanmıştır. Bu bağlamda, öncül olarak (La, Fe ve Mn) nitrat tuzları, çözücü olarak saf su ve şelatlama maddeleri olarak sitrik asit monohidrat ve amonyum hidroksit kullanılarak sentezler gerçekleştirilmiştir. Elde edilen jel filmleri 200 °C'de 2 saat kurutulmuştur, daha sonrasında 500 ve 850 ° C sıcaklıklarda 2 saat hava ortamında tavlanmıştır. Toz numunelerin termal, yapısal, mikroyapısal, partikül boyutu, optik ve manyetik özellikleri Diferansiyel Termal Analiz-Termogravimetrik Analiz (DTA-TGA), Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR), X-Işını Kırınımı (XRD), X ile karakterize edildi. -Ray Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Partikül Boyutu Analiz Cihazı (PSA), UV Vis Spektrofotometre ve Titreşimli Numune Manyetometresi (VSM) cihazları ile belirlenmiştir. DTA-TGA sonuçları, numunelerden çözücülerin uzaklaştırılması, yanması, ayrışması, oksidasyonu ve faz oluşumuna bağlı olarak 29 °C ile 1000 °C arasındaki sıcaklıklarda endotermik ve ekzotermik reaksiyonların gözlemlendiğini ortaya koymuştur. 500 ve 850 °C'de tavlanan La-Fe-Mn bazlı tozların spektrumu incelendiğinde, organik ve hidroksil gruplara karşılık gelen absorpsiyon bantlarının bulunmadığı görülür. 400-1000 cm-1 aralığındaki tüm ferroelektrik tozların FTIR spektrumları, farklı bölgelerde MO bağlarının (M = La, Fe ve Mn) varlığını doğrulamaktadır. XRD bulguları ise, sentezlenmiş perovskit tozlarının mükemmel kristalliğe sahip olduğunu göstermektedir ve ferroeletrik tozların kristallit boyutlarının tahmi edebilmek için (20 nm ila 36 nm arasında) Scherrer Denkleminin kullanılmıştır. LaFeO3, LaMnO3 ve LaFe0.5Mn0.5O3 tozlarına ait XPS spektrumlarda La-3d5, Fe-2p ve Mn-2p görülmüştür. SEM analizleri kserojellerin yapıları yüksek su tutma kapasiteleri nedeniyle aglomere ve yoğun ağlı yapılara sahip, partikül boyutları ise ∼4 μm ila 40 μm arasında, ısıl işlemden sonra azalan su tutma özelliği sebebiyle ve partikül boyutları 500 oC için ∼50 nm ila 1500 nm aralığında ve 850 oC için ∼50 nm ila 250 nm aralığı oludğunu açıklamıştır. Partikül boyutu analizi yapıldığında ise değer 58-1400 nm aralığında bulunmuştur. UV-Vis Spektrometre sonuçları, tüm partiküller üzerinde ölçülen optik bant aralığı değerlerinin (Eg) 0.93 - 2.42 eV aralığında bulunduğunu göstermektedir. Tüm analizlere ek olarak, ferroelektrik tozlar güçlü ferromanyetik davranış gösterir. Her iki sıcaklıkta sentezlenen her üç malzeme de ferromanyetik özellikler görülmüştür ve her iki Fe bazlı ferroelektrik tozun ferromanyetik özellikleri artan tavlama sıcaklığı ile azalmaktadır. Bu analiz sonuçları, perovskit bazlı hücrelerin performansını ve verimliliğini daha da artırma olasılığı olduğunu ortaya koymaktadır. Bu ferroelektrik malzeme tozları, boya duyarlı güneş hücresi uygulamalarında kullanılmıştır. Boyaya duyarlı güneş hücresi uygulamasında, iki FTO kaplı iletken cam hücre kontağını oluşturmuştur. Bu iletken cam yüzeylerden biri önce TiO2 ve ardından Triton X-100 kullanılarak macun benzeri yapı haline getirlen ferroelektrik malzeme tozu (LaFeO3) doctor blade tekniği ile kaplanmıştır, diğer iletken cam yüzey Pt kaplanmıştır. Bu iki yüzey 5 mm ofset ile üst üste yerleştirilir ve her iki taraftan klipslenir. Elektrolit (iyodür/tri-iyodür redoks çifti içeren) iki yüzey arasında transfer ortamı olarak enjekte edilir. Güneş simülatörü ile güneş pilinin akım-gerilim değerleri elde edildi açık devre gerilimi (Voc) 0.3V, kısa devre akımı (Isc) 0.0000142A, Vmax 0,2 V, Imax 0.0078 mA, fill faktörü (FF) % 0.366197 olup verimleri (η-PCE) %0.001114 olarak hesaplanmıştır. Bu tez ile başarılı bir ferroelektrik fotovoltaik hücre elde edilmiştir.