Low-cost ambient fabrication of CsPbI₃ and MAPBI₃ perovskite solar cells under high-humidity conditions
Yüksek nem koşulları altında CsPbI₃ ve MAPbI₃ perovskit güneş pillerinin düşük maliyetli ortam üretimi
- Tez No: 997733
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM İNANÇ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Perovskit güneş pili, Mürekkep püskürtmeli baskı, Döndürerek kaplama, SCAPS-1D, Kurşunsuz, Ara katman mühendisliği, Verimlilik, Arduino, Yarı iletken güneş pili, Perovskite solar cell, Inkjet printing, Spin coating, SCAPS-1D, Lead-free, Interlayer engineering, Efficiency, Arduino, Semiconductor solar cell
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ondokuz Mayıs Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Nanoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Perovskit güneş pilleri (PSC'ler), ayarlanabilir bant aralıkları, mükemmel optoelektronik özellikleri ve düşük maliyetli üretim potansiyelleri nedeniyle umut vadeden bir fotovoltaik teknoloji olarak ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte, özellikle yüksek nemli ortamlarda karşılaşılan kararlılık sorunları, film homojenliğinin bozulması ve ölçeklenebilir üretimdeki zorluklar, pratik uygulamalarını sınırlamaktadır. Bu çalışmada, tropikal iklimleri temsil eden son derece yüksek ortam nemi (>%91) ve yüksek sıcaklıklar (~32 °C) altında esnek PSC'lerin üretimi ve performansı araştırılmıştır. Esnek PSC'ler, modifiye edilmiş bir inkjet baskı tekniği kullanılarak üretilmiştir. Ticari bir Epson inkjet yazıcı, mürekkep akışını ve birikimini kontrol etmek amacıyla Arduino kontrollü bir şırınga pompası ve kademeli motorla entegre edilmiş, üç boyutlu yazdırılmış özel bir düzenekle uyarlanmıştır. Esnek PET/ITO alt tabakalar üzerine SnO₂ elektron taşıma katmanı, CsPbI₃ ve MAPbI₃ perovskit soğurucu katmanları, farklı delik taşıma malzemeleri (P3HT, Spiro-OMeTAD ve PEDOT:PSS) ve elle uygulanan karbon elektrotlar kullanılarak cihazlar üretilmiştir. Yüksek nemden kaynaklanan yüzey kusurlarına rağmen, sürekli ve işlevsel perovskit ince filmler elde edilmiştir. Karşılaştırma amacıyla, PSC'ler aynı sert çevresel koşullar altında esnek PET/ITO ve sert ITO kaplı cam alt tabakalar üzerine spin kaplama yöntemiyle de üretilmiştir. Kaplama parametreleri ve tavlama sıcaklıkları alt tabaka özelliklerine göre optimize edilmiştir. Yüksek nem koşullarında CsPbI₃ ve MAPbI₃'ün faz kararlılığını ve film kalitesini artırmak için on sekiz farklı katkı maddesi incelenmiştir. Prolin, L-Arginin ve L-Treonin CsPbI₃'ün γ-fazını stabilize ederken, Sodyum Glukonat MAPbI₃ filmlerinin homojenliğini ve kararlılığını iyileştirmiştir. Yapısal ve elektriksel karakterizasyonlar iyi kristallenmeyi doğrulamış; ancak kontrolsüz ortam koşulları nedeniyle cihaz performansı sınırlı kalmış ve cam alt tabakalar daha iyi sonuçlar vermiştir. Ayrıca, Sn bazlı kurşunsuz ve esnek PSC'ler için SCAPS-1D simülasyonları gerçekleştirilmiş ve optimize edilmiş mimariler %30'un üzerinde teorik güç dönüşüm verimliliğine ulaşmıştır. Genel olarak, bu çalışma aşırı çevresel koşullarda PSC üretimi için uygulanabilir ve ölçeklenebilir stratejiler sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Perovskite solar cells (PSCs) are considered a promising photovoltaic technology due to their tunable bandgaps, excellent optoelectronic properties, and potential for low-cost fabrication. However, their practical application is hindered by stability issues, film non-uniformity, and challenges in scalable manufacturing, particularly under high-humidity conditions. In this work, flexible PSCs were fabricated using a modified inkjet printing technique under extremely high ambient humidity (>91%) and elevated temperatures (~32 °C), representative of tropical climates. A commercial Epson inkjet printer was modified using a three-dimensional printed assembly integrated with an Arduino-controlled syringe pump and stepper motor to control ink flow and deposition. Devices were fabricated on flexible PET/ITO substrates using SnO₂ as the electron transport layer, CsPbI₃ and MAPbI₃ as perovskite absorber layers, different hole transport materials (P3HT, Spiro-OMeTAD, and PEDOT:PSS), and manually applied carbon electrodes. Despite humidity-induced surface defects, continuous and electrically functional perovskite films were successfully obtained. For comparison, PSCs were also fabricated via spin coating under similar harsh ambient conditions on flexible PET/ITO and rigid ITO-coated glass substrates. Deposition parameters and annealing temperatures were optimized according to substrate limitations. To improve phase stability and film quality under high humidity, eighteen additives were investigated. L-Proline, L-Arginine, and L-Threonine effectively stabilized the γ-phase of CsPbI₃, while Sodium Gluconate enhanced the uniformity and stability of MAPbI₃ films. Structural and electrical characterizations confirmed good crystallinity, although device performance remained limited, with glass substrates showing better results. Additionally, SCAPS-1D simulations were performed for lead-free Sn-based flexible PSCs. Optimized device architectures incorporating Cu₂O interlayers and dual absorbers achieved simulated power conversion efficiencies exceeding 30%. Overall, this study demonstrates feasible fabrication strategies for PSCs under extreme ambient conditions.
Benzer Tezler
- Fabrication and characterization of ultra high performance cnts/pei nanocomposite filaments for additive manufacturing
Eklemeli imalat için ultra yüksek performanslı iletken nanokompozit filamanların üretimi ve karakterizasyonu
ÖZGE KAYNAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ELİF ÖZDEN YENİGÜN
- Günümüzde ısı değiştirici imalatında kullanılan yöntemler
The Methods that is used at fabrication of the heat exchangers
HÜSEYİN ÇEBİ
- Morphological control of perovskites for optoelectronic applications
Başlık çevirisi yok
FATMA MELTEM AYGÜLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTechnısche Unıversıtat MunchenPROF. THOMAS BEIN
PROF. DINA FATTAKHOVA-ROHLFING
- Development of nanoelectromechanical systems functionalized by vacuum organic thermal evaporation and their gas sensing applications
Vakum organik ısısal buharlaştırma ile fonksiyonelleştirilmiş nanoelektromekanik sistemler ve gaz ölçüm uygulamaları
MUSTAFA ÇAĞATAY KARAKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET SELİM HANAY
- A high linearity s-band cryogenic low noise amplifier using 180 nm CMOS technology for space applications
Uzay uygulamaları için 180 nm CMOS teknolojisiyle gerçeklenmiş yüksek doğrusallı kriyojenik s-bant düşük gürültülü kuvvetlendirici
ALİCAN ÇAĞLAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA BERKE YELTEN
