Tio2 mesoporous/zno nanotel tabanlı tandem (katmanlı) nano yarıiletkenlerin üretilerek optoelektronik özelliklerinin incelenmesi ve boya ile duyarlı fotovoltaik hücrelerin üretilmesi

Boya ile Duyarlı Hale getirilmiş Fotovoltaik Hücreler (DSSC); yeni bir dizayn ve metotla grafen tabanlı altlık üzerine TiO2 mesoporous (mesogözenekli) yapılar içerisine bir boyutlu (1D) ZnO nanowires'ların büyütülmesi ile üretilmiştir. FTO (Fluorine-doped Tin Oxide) taban malzeme üzerine tek tabaka grafen nano tabakaların sentezlenmesi ile DSSC'lerde foto-elektron dönüşüm verimini sınırlayan standart TCO(saydam iletken oksit) taban malzeme problemi ortadan kaldırılmıştır. Grafen kaplı taban malzemesi üzerine standart DSSC'lerden farklı olarak TiO2 mesoporous/ZnO nanowire tandem nano-yarıiletkenleri büyütülerek fotovoltaik hücre verimi incelenmiş ve standart FTO tabanlı (grafensiz) DSSC ile verim kıyaslaması yapılmıştır. Yapısal, optiksel ve termal karakterizasyon SEM, XRD, EDAX, DTG, TG, PL ve UV-Vis soğurma spektroskopileri ile gerçekleştirilmiştir. J-V ve IPCE ile de fotovoltaik hücre verimi ve kuantum verimleri (QE) incelenmiştir. XRD karakterizasyonu, grafen tabanlı TiO2/ZnO tandem nano-yarıiletkeninin tüm difraksiyon (kırınım) piklerinin hekzagonal wurtzite ZnO ve TiO2 anatase yapıda olduğu ve yüksek kristal kalitesinde olduğu net bir şekilde gösterilmiştir. UV-Vis soğurma spektroskopoisi ile tandam nanoyapıların bant aralığı 3.13 eV olarak gösterilmiştir. Grafen/TiO2/ZnO hibrit yarıiletkenlerinin fotovoltaik performansı; FTO/TiO2/ZnO hibrit yarıiletkeni ile ve standart DSSC uygulamalarındaki FTO/TiO2 mesoporous ve FTO/ZnO nanowire yarıiletkenleri ile ayrı ayrı kıyaslanarak hem taban malzeme hem de fotoanot malzemesi için en uygun ve en yüksek hücre verimi belirlenmeye çalışılmıştır. Grafen/TiO2/ZnO hibrit yapılar ile elde edilen DSSC'lerde hücre verimi ƞ= %8.7, Jsc= 21.3 mA/cm3, Voc=0.78V ve FF=0.53 olarak elde edilmiş ve FTO/TiO2/ZnO hibrit yapılarla kıyaslandığında verimin %30 daha fazla olduğu gösterilmiştir. Sonuçlar açıkça göstermiştir ki taban malzemenin yüzeyinin grafenle kaplanmasıyla taban malzeme üzerinden karşıt elektrota yüksek elektron transferi sağlanmış, fotoanot malzemesinin TiO2/ZnO hibrit yapılar ile oluşturulmasıyla da numune yüzeyinde yüksek yüzey hacim alanı elde edilmiş ve elektron transferi direkt ve rekombine olmadan sağlanmıştır.