Katkılı boya duyarlı güneş pillerinin elektronik özelliklerinin hesaplanması

Boya duyarlı güneş pilleri, metal-oksit tabakasına boya molekülü tutuşturulması ile oluşan yapılardır. Bu tezin amacı, boya-duyarlı güneş pillerinde metal-oksit tabakasına yabancı atomlar katkılayarak pil verimliliğini arttıracak sistemler geliştirmektir. Boya duyarlı güneş pillerinin verimini etkileyen başlıca faktörler şunlardır: Boya molekülünün ışık absorbsiyonu yaptığı dalga boyu aralığı(Görünür bölge 400 – 800 nm), TiO2, boya molekülü ve elektrolitin HOMO-LUMO seviyeleri ve yasak enerji aralıkları, boya molekülünün metal-oksit yüzeyine tutunma enerjisi, elektron enjeksiyon süreleri vb.Bu çalışmada, metal oksit tabakası bu tür pillerde genellikle kullanılan TiO2 malzemesi olarak ele alındı.Öncelikle, TiO2'in kararlı fazları olan anataz ve rutil yapılarının 3-boyutlu yığın hesapları gerçekleştirildi. Anataz fazı için yasak band enerjisi 2.0 eV , rutil fazı için 1.85 eV olarak hesaplandı. İkinci olarak bu fazların belirli yüzeylerinin yüzey geometrileri iyonik rahatlama metodları kullanılarak optimize edildi. Optimize edilen yüzeylerde kimyasal olarak aktif noktalardan başlanarak boya molekülü iliştirildi ve benzer iyonik rahatlama metodları kullanılarak boya molekülünün en uygun bağlanma noktası belirlendi. Hesaplamalarda Boya molekülü olarak Boradiazaindacenes (BODIPY) tipi boyalardan belirli bir molekül kullanıldı. Bağlanma geometrilerinin literatürdeki benzer çalışmalarla uygun olduğu görüldü. Denge geometrilerini hesapladığımız bu yapıların TiO2 katmanına N, B, Nb, Al ve Zn gibi yabancı atom katkılamasının güneş pili verimliliğine etkileri incelendi. Bu yabancı atom katkılamalarının güneş pili verimine etkilerini görmek amacıyla elektronenjeksiyon süreleri hesaplandı (Anataz-boya molekülü sistemi bağlanma modlarına göre elektron enjesiyon süreleri 4.7 fs, 5.1 fs, 5.9 fs ve 1.5 fs). Her bir katkılandırılmış yapı için sistemin durum yoğunlugu grafikleri çizildi. Bu grafikler üzerinden electron enjeksiyon ihtimalleri değerlendirildi. Tez kapsamında yapılan çalışmaların ülkemizde boya duyarlı güneş pilleri üzerinde çalışan deneysel gruplara ve şirketlere üretim aşamasından önce çok önemli öngörüler sağlayacağı düşünülmektedir. Bu proje TÜBİTAK 112T771 nolu proje ile desteklenmiştir.