Synthesis of nanomaterials for photovoltaic systems

Enerji talebindeki artış ve fosil yakıtların tükenmesi araştırmacıları alternatif enerji çözümleri bulmaya yönlendirmiştir. Sınırsız enerji potansiyeli nedeniyle, güneş bu konuda en çok umut vadeden seçeneklerden biridir. Üçüncü nesil güneş panelleri sınıfının bir parçası olan, boyayla duyarlaştırılmış güneş panelleri, düşük maliyetleri ve istenilen şekilde üretilmeye elverişli olmaları sebebiyle, Grätzel tarafından icat edildiğinden beri geniş çapta süren araştırmalara konu olmaktadır. Hücrenin yapısına bakıldığında, genellikle nano boyutlarda üretilen, yoğunlaşmış bir TiO2 film üzerine organik boya uygulandığı görülür. Bu sistemde, boya ışığı emer ve uyarılmış elektronu iletkenlik bandına taşır. Elektronların rastgele hareketlerinin azaltılması için, nano parçacık temelli filmlere alternatif olarak, nano çubuk ve nano tüpler gibi tek boyutlu yapılar sentezlenmiştir. Kolay üretim yöntemlerine sahip olmaları ve düzgün geometrik dizilimleri sebebiyle TiO2 nanotüp (TNT) filmlerinin bu konuda kullanımları son yıllarda oldukça hız kazanmıştır. Güneş hücrelerinden makul dönüştürme değerleri alabilmek için, çoğu araştırma TNT'lerin alan-hacim oranı, uzunluk-çap oranı, homojen gözeneklilik, kristal yapı, iletkenlik veya reaktiflik değerleri gibi özelliklerinin geliştirilmesi üzerine yoğunlaşmıştır. Yeni keşfedilmiş bir alan olması nedeniyle, TNT'ler için en uygun koşulların bulunması için bilim insanlarının çok sayıda deneye ihtiyacı var. Bu çalışmada, hidrotermal sentez yöntemi ile TiO2 hammedde tipi, zaman, sıcaklık ve NaOH konsantrasyonu ile TNT'lerin fiziksel ve kimyasal özellikleri arasındaki ilişki araştırılmıştır. Farklı hammadde tipleri olarak, Degussa P25, rutil, anataz ve daha önceki çalışmalarda sentezlenmiş olan ultrasona maruz bırakılmış anataz TiO2 örnekleri kullanılmıştır. Hiç bir deneysel tasarım yöntemi kullanılmadığı takdirde, dört değişkenin dört seviyede incelenmesi için 44=256 adet örnek sentezlenmesi gerekmektedir. Ancak Taguchi yöntemi kullanılması halinde, bu sayı keskin bir şekilde 16'ya düşmektedir. Sentezlenen örnekler, SEM, XRD ve BET yüzey analizleri ile incelenmiş, optimazasyon çalışmaları Minitab İstatistik Yazılımı ile gerçekleştirilmiştir. Anahtar Kelimeler: TiO2, güneş hücresi, fotovoltaik, TiO2 nanotüp, Taguchi yöntemi