Çoklu morfolojili çinko oksit: Sentez, güneş enerjili hidrojen üretimi ve optoelektrik özelliklerin incelenmesi

Bu tez, kendine özgü özelliklere sahip, çok yönlü bir metal oksit yarı iletken olan çinko oksit'in (ZnO) fotoelektrokimyasal ve optoelektronik alanlara uygulanmasına dayanmaktadır. Başka bir deyişle, çalışma, ZnO'nun hem yüksek verimli bir fotoanot materyali olarak enerji tabanlı uygulamalarda yer almasını hem de optoelektronik uygulamalara hizmet eden yüksek ışıma performansına sahip bir ince film olarak kullanımını içermektedir. Tez kapsamında ZnO'nun morfolojik çeşitliliği ve bu çeşitliliğin farklı uygulamalarda kullanımının avantajları üzerinde durulmuştur. Temel olarak tez, detayları aşağıda belirtilen üç ana bölümden oluşmaktadır; (i) İlk bölümde, ZnO ince filmler, esnek paslanmaz çelik alttaşlar üzerinde üç farklı morfolojide hidrotermal yolla büyütülmüştür. Burada amaç, esnek koşullar altında foton-akım dönüşüm verimliliklerini analiz ederek, ZnO bazlı fotoelektrotların gergin, eğrilik sistemlerine uygulanma potansiyelini incelemektir. Elde edilen performanslar, sistemin çalışabilirliğine ilişkin entegre bir vizyon sunan ayrıntılı malzeme karakterizasyonları ile ilişkilendirilmiştir. (ii) Bu bölümde, ZnO ince filmlerin, maliyetli ve zaman alıcı litografik teknikler kullanılmadan belirli desenler üzerinde büyütülmesi hedeflenmiştir. Akıllı bir yaklaşım geliştirerek, tohum katmanı seçici yapısından yararlanarak ZnO'nun seçici büyümesi sağlanmıştır. Başka bir deyişle, ZnO nanoyapılarının tohumlama katmanına bağlı olarak büyük ölçüde değişen çekirdeklenme ve büyüme yollarına sahip olduğunu bilerek, sisteme bir çift ZnO/Ti yığın filmi eklenmiştir. Bu aşamada Ti büyümeyi engelleyen ajan iken, alttaki ZnO tohum tabakası büyüme sağlayıcı rolünü oynadı. Nanosaniye fiber lazer sisteminin dikkatli kullanımı sayesinde, Ti katmanları önceden belirlenmiş bölgelerden başarıyla çıkarıldı ve sonuç olarak ZnO nanoyapılarının seçici tahsisi sağlanmıştır. Ablasyon gücü değiştirilerek, aynı hidrotermal solüsyon içerisinde ve aynı substrat üzerinde iki farklı yapının aynı anda büyümesi sağlanmıştır. Bu nanoyapı ikiliği, ZnO filmlerinin fotolüminesans (PL) yeteneğini, bireysel nanoyapıların ışık yayma performanslarını geride bırakarak ciddi şekilde artırdı. (iii) Tezin son bölümünde, gelecekteki ışık yayan cihaz uygulamaları için PL performanslarını en üst düzeye çıkarmak ve azınlık taşıyıcı ömürlerini uzatmak için 0D ve 3D inorganik halojenür perovskit (IHP) katmanları ile çift ZnO nanoyapılı filmler biriktirildi. IHP katmanlarının dahil edilmesiyle, özellikle görünür aralıkta emisyonda önemli bir gelişme gözlemlendi. Ayrıca, artan taşıyıcı ömürleri, desenli ve IHP'ye duyarlı hale getirilmiş çok morfolojik ZnO filmlerinin umut verici özelliklerini göstermiştir.