Katkılı çinko oksit ince filmlerin püskürtülerek kaplama tekniği ile üretilmesi ve polimer güneş hücrelerinde kullanılması

Bu çalışmada düşük sıcaklıkta (≤150 °C) katkısız, katkılı ve eş katkılı olarak ZnO nanoparçacıklar üretilmesi ve atmosfer koşullarında püskürtülerek kaplama yöntemiyle ters tip organik güneş hücre yapısında elektron taşıma malzemesi olarak kullanılmasının fotovoltaik performans üzerine etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu bağlamda, öncelikle üç farklı element (Al, Sn ve Y) kütlesel olarak sırasıyla %0,5, %1, %3 ve %5 oranlarında katkılanmıştır. Tüm örneklerin yapısal özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımı X-ışını spektroskopisi (EDX), X-ışını kırınımı (XRD) ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ile incelenmiştir. Optik özellikler ultraviyole görünür (UV-VIS) spektrofotometre kullanılarak karakterize edilmiştir. Fotovoltaik performans değerlendirmesi için açık devre gerilimi (Voc), kısa devre akım yoğunluğu (Jsc), dolum faktörü (FF) ve güç dönüşüm verimliliği (PCE) gibi temel parametreler değerlendirilmiştir. Özellikle Al katkısı, parçacık boyutunu küçülterek, Jsc değerinde bir artış meydana getirmesiyle hücrelerin fotovoltaik performansının iyileşmesini sağlamıştır. Katkısız ZnO nanoparçacıklı hücreler %1,59 PCE ile referans olarak belirlenmiştir. Tüm durumlar değerlendirildiğinde, tek katkı elementi olarak %5 Al katkılı hücreler %3,72 PCE ile en iyi fotovoltaik performansı göstermiştir. Ayrıca, farklı eş katkı oranları kullanılarak gerçekleştirilen deneylerde, (%0,5 Al - %0,5 Sn), (%0,5 Sn-%1 Y), (%0,5 Al - %1 Y) ve (%0,5 Al - %1 Sn) olacak şekilde dört farklı durum değerlendirilmiştir. Sonuçlar, eş katkılı ZnO nanoparçacıklarının güneş hücrelerinin fotovoltaik performansını artırdığını göstermiştir. En iyi PCE, %2,40 ile (%0,5 Al-%1 Sn) durumunda elde edilmiştir. Bilinen literatürde ilk kez denenen Sn ve Y eş katkısı (%0,5 Al-%1 Y) durumu için, %1,99 PCE ile katkılanmasının güneş hücrelerinin performansını artırabileceğini göstermektedir. Tüm bu sonuçlar, ZnO nanoparçacıklarının ters tip güneş hücrelerinin performansını etkileyen önemli faktörler olduğunu vurgulamaktadır ve uygun katkılama oran ve koşullarını sunmaktadır.