Kalkojenür Tabanlı İnorganik Boşluk Transfer Tabakası Malzemelerinin Perovskit Güneş Hücrelerinin Verim ve Kararlılığına Etkisi

Abstract

Yenilenebilir enerji üretmenin en etkili yöntemlerinden biri, çevresel olarak sürdürülebilir malzemeler kullanarak fotonların verimli bir şekilde elektrik enerjisine dönüştürülmesidir. İnorganik yarıiletken parçacıklar arasında bulunan kalkojenür malzemeler; fotovoltaik (PV) uygulamalar için uygun bant aralığı, düşük maliyetleri, güçlü ışık toplama kabiliyetleri, taşıyıcı ömürleri, kimyasal kararlılıkları ve çevre dostu doğaları nedeniyle optoelektronik uygulamalar için umut verici adaylar olarak ortaya çıkmıştır. Bu tez çalışmasında, diğer birçok yönteme göre kolay ve hızlı olarak kabul edilen sıcak besleme yöntemi ile kuaterner yarı iletken nanoyapı olan Cu2XSnS4 (X: Co, Ni, Mn) faz ve şekil yapıları kontrol edilerek başarılı bir şekilde sentezlenmiştir. Sentezlenerek optimize edilmiş malzemeler, geleneksel HTL'ler olarak bilinen organik temelli PEDOT:PSS ve PTAA'nın yerine perovskit güneş hücrelerinin yüksek güç dönüşüm verimliliği ve kararlılık için yeni tasarlanmış inorganik temelli boşluk taşıyıcı tabakalar olarak kullanılmıştır. Uygun enerji seviyeleri ve yüksek taşıyıcı hareketliliği gibi avantajlı özelliklere sahip inorganik HTL'ler, yalnızca etkin yük transferine katkı sağlamakla kalmayıp aynı zamanda çevresel koşullar altında perovskit güneş pillerinin (PGP'lerin) kararlılığını da önemli ölçüde iyileştirmektedir. Bu tez çalışmasında hem maliyeti düşük hem de kararlılık sorununa çözüm olabilecek malzemelerin kullanılmış olması tezin önemini artırmaktadır. Ayrıca bulgular, cihaz kararlılığını iyileştirmede katyon-anyon etkileşimlerinin kritik rolünü vurgulamakta ve perovskit güneş hücrelerinin ticari gelişimi için yenilikçi, düşük maliyetli ve verimli inorganik HTL malzemelerinin geliştirilmesinin önemini vurgulamaktadır.One of the most effective approaches to renewable energy generation is the efficient conversion of photons into electrical energy by employing environmentally sustainable materials. Among inorganic semiconductor particles, chalcogenide-based materials have emerged as promising candidates for optoelectronic applications owing to their suitable band gaps for photovoltaic (PV) devices, low cost, strong light-harvesting capability, long carrier lifetimes, chemical stability, and environmentally benign nature. In this thesis, quaternary semiconductor nanostructures of Cu₂XSnS₄ (X: Co, Ni, Mn) were successfully synthesized via the hot-injection method, which is considered to be relatively facile and rapid compared to many other synthetic routes, while enabling control over their phase and morphology. The optimized materials were employed as newly designed inorganic hole transport layers (HTLs) in perovskite solar cells, replacing the conventional organic counterparts PEDOT:PSS and PTAA, to enhance both power conversion efficiency and device stability. Inorganic HTLs possessing advantageous characteristics such as favorable energy levels and high carrier mobility not only facilitate efficient charge transfer but also significantly improve the stability of perovskite solar cells (PSCs) under ambient conditions. The utilization of low-cost materials that simultaneously address stability issues highlights the significance of this thesis. Furthermore, the findings underscore the critical role of cation–anion interactions in enhancing device stability and emphasize the importance of developing innovative, cost-effective, and efficient inorganic HTL materials for the commercial advancement of perovskite solar cells.