Atomik olarak dizayn edilmiş farklı kompozisyonlardaki nano-çubuksu maddelerin sentezlenmesi ve fotoelektrik özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Nano-parçacıkların şekil ve kompozisyon değişimlerine bağlı üretimleri, birçok farklı uygulamada yüksek performanslı yapılar oluşturulması için temel teşkil etmektedir. Hali hazırda literatürde fazlaca kullanımı rapor edilen inorganik yarıiletken parçacıkların farklı şekil ve kompozisyonlarda üretilmesi, üretim yöntemlerinin geliştirilmesi ve optimize edilmesi de aynı şekilde hayati önem arz etmektedir. İnorganik yarıiletken parçacıklar arasında da nano-kalkojenitler, elementlerinin zehirli olmaması ve doğada bol bulunabilir olması gibi bazı özelliklerinden dolayı enerji uygulamalarında önemli bir yere sahiptir. Bu tez çalışmasında, diğer birçok yönteme göre kolay ve hızlı olarak kabul edilen sıcak besleme yöntemi ile dörtlü Cu2BSnS4 (B: Zn, Ni, Co, Mn) ve üçlü CuxBySz parçacıkları, şekil ve faz yapıları kontrol edilerek başarılı bir şekilde sentezlenmiştir. Ayrıca bu malzemelerin çok duvarlı karbon nanotüpler (MWCNT) ile kompozit üretim denemeleri gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen nanoparçacıklar boya duyarlı güneş hücrelerinde karşıt elektrot olarak kullanılmış ve üretilen güneş hücrelerinin performansları, referans elektrot olan platin ile kıyaslanarak yorumlanmıştır. Elde edilen sonuçlardan sentezlenen parçacıkların Pt ile kıyaslanabilecek seviyede verimler elde edildiği gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, bu tez çalışmasında birçok farklı kompozisyon ve şekillerde nano-parçacıklar sıcak besleme yöntemi ile başarılı bir şekilde sentezlenmiş ve elde edilen bu parçacıkların güneş hücresi uygulamalarında platine alternatif malzemeler olarak kullanılabilecekleri gösterilmiştir.

The production of nano-particles depending on their changes in shapes and compositions is the basis for the creation of high-performance structures in many different applications. In addition, it is crucial to develop and optimize more feasible production methods for mostly used and reported inorganic semiconductors with various particle shapes and chemical compositions. Among inorganic semiconductors, nano chalcogenides have an important place in energy applications due to their prominent features such as their non-toxic nature and chemical structure containing abundant elements. In this thesis, quaternary Cu2BSnS4 (B: Zn, Ni, Co, Mn) and ternary CuxBySz particles were successfully synthesized by controlling shape and phase structure through the hot-injection method that is accepted as simple and fast compared to many other counterparts. Furthermore, production trials of these composite materials were carried out with multi-walled carbon nanotubes (MWCNT). Synthesized nano-particles were employed as counter electrodes on dye-sensitized solar cells and the performances of produced solar cells were expounded by comparing with platinum used as the reference electrode. It was determined from obtained results that the efficiencies of the synthesized particles are comparable to that of the platinum electrode. Consequently, in this thesis study, nano-particles with different compositions and shapes were successfully synthesized by the hot-injection method and it has been shown that these particles can be used as alternatives materials to platinum in solar energy applications.