Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi

UDUM, Yasemin; GÜNBAŞ, Emrullah Görkem; Yıldız, Dilber Esra; ÜNALAN, Hüsnü Emrah; TOPPARE, Levent

Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi

Yürütücü

Levent TOPPARE (Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Kimya Bölümü, Ankara, Türkiye)

Araştırmacı(lar)

Hüsnü Emrah ÜNALAN, (Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)

Emrullah Görkem GÜNBAŞ, (Adres Yazılmamış)

DİLBER ESRA YILDIZ, (Hitit University, Faculty of Arts and Science, Department of Physics, Çorum, Turkey)

Yasemin UDUM (Adres Yazılmamış)

17 11

Proje Grubu: MAG Sayfa Sayısı: 208 Proje No: 115M036 Proje Bitiş Tarihi: 01.01.2019 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 11-03-2020

Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi

Öz:

Organik güneş hücreleri (OPV) üretim kolaylıkları, esnek yüzey uygulamalara olanak sağlamaları, yarı-şeffaf ve düşük maliyetlerle üretilebilmeleri gibi avantajlarıyla dikkat çekmektedirler. Silikon tabanlı hücrelere alternatif olmaktan çok bu tip hücreleri tamamlayıcı nitelikte olan OPVlerin yakın gelecekte tüketicilerin kullanımında olması beklenmektedir. OPVlerin silikon tabanlı güneş hücrelerinin kullanılamayacağı yüzeylerde kullanılabilir hale getirilmesi OPVlerin ticari olarak önem kazanmalarının önünü açacaktır. Bu bağlamda en önemli kullanım alanlarından biri bina camlarıdır. Burada yüksek yüzeye sahip olan bina camlarının yarı-şeffaf OPVler ile donatılmasının enerji üretimi için önemli bir kaynak yaratacağı düşünülmektedir. Bu sebep göz önüne alınarak bu proje kapsamında yüksek verimli ve yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir. Proje kapsamında 1)özgün NIR bölgede soğurma yapan polimerlerin sentezi, 2)bu polimerler kullanılarak standart ve yarı-şeffaf hücrelerin üretilmesi ve 3)bu polimerlerin görünür bölgede soğurma yapan yüksek verimli ticari polimerlerle üçlü karışımlarıyla standart ve yarı-şeffaf hücrelerinin üretilmesi üzerine yoğunlaşılmıştır. Malzeme sentezlerinde çok basamaklı organik sentez, Stille polimerizasyon ve DHRP tipi polimerizasyon yöntemleri kullanılmıştır. Cihaz üretimlerinde normal ve ters tipte standart cihazlar üretilmiş, yarı-şeffaf hücrelerde ise ters düzenekte cihaz üretimi uygulanmıştır. Yarı-şeffaf hücrelerde geçirgen kontak olarak gümüş nanoteller veya ince gümüş film kullanılmıştır. Proje kapsamında birçok yeni malzeme tasarlanmış ve 20?nin üzerinde özgün polimer sentezlenmiştir. Bu polimerlerden bir tanesi standart cihaz düzeneğinde %6?nın üzerinde verim göstermiş ve malzeme alanının önde gelen dergilerinden J. Materials Chemisty C yayınlanmıştır. Proje kapsamında sentezlenen başka bir grup polimerin sonuçları içeren makale şu anda alanın önemli dergilerinden Renewable Energy?de değerlendirme aşamasındandır. Bu polimerlerden biri ve ve ticari polimer PBDTTT-EFT kullanılarak hazırlanan üçlü güneş hücreleri %7,65?lık verime ulaşmıştır. Bu sistem kullanılarak hazırlanan yarı-şeffaf güneş hücrelerinde ise proje hedefine uygun olacak bir şekilde %4,83?lük önemli bir verim elde edilmiştir. Bu çalışmalara ek olarak NIR bölgede soğurma yapan ticari bir NFA ve ticari PBDTTT-EFT polimeri kullanılarak yarı-şeffaf güneş hücreleri üretilmiş ve proje hedefine tam uygun olacak şekilde %5,39 verimde güneş hücreleri üretilmiştir. Ayrıca King Abdullah University of Science and Technology?de görevli olan Yrd. Doç. Dr. Derya Baran ile kurulan ortalık üzerinden gerçekleştirilen çalışmalarda PBDTTT-EFT polimeri ve farklı bir NFA kullanılarak %6,45 verimde yarı-şeffaf güneş hücreleri üretilmiştir. İnsan gözünün hassas olduğu bölgede (370 nm den 730 nm?ye kadar) ortalama görünür transmitans (AVT) %36?ya kadar ulaşmaktadır. Bu çalışma literatürde verim ve AVT değerleri göz önüne alındığında en iyi sonuçlardan birine işaret etmektedir

Anahtar Kelime: yarı-şeffaf güneş hücreleri NIR polimerler organik güneş hücreleri

Konular: Kimya, Uygulamalı Malzeme Bilimleri, Biyomalzemeler

Erişim Türü: Erişime Açık

Tang, C.W. 1986, “Two-layer organic photovoltaic cell” Appl. Phys. Lett. 48, 183–185.
A new NIR absorbing DPP-based polymer for thick organic solar cells (Makale - İndeksli Makale), Silver Nanowire Networks as Transparent Electrodes for Organic Photovoltaics and Light Emitting Diodes (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Poster Sunum),
Yu, G., Gao, J., Hummelen, J.C., Wudl, F., & Heeger, A.J. 1995, “Polymer Photovoltaic Cells: Enhanced Efficiencies via a Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions” Science (80 ). 270, 1789–1791.
Knight, B., Hummelen, J., F, L., & Wudl, F. 1995,” Preparation and Characterization of Fulleroid and Methanofullerene Derivatives” J. Org. Chem 60, 532–538.
Wienk, M.M., Kroon, J.M., Verhees, W.J.H., Knol, J., Hummelen, J.C., van Hal, P.A., & Janssen, R.A.J. 2003, “Efficient Methano[70]fullerene/MDMO-PPV Bulk Heterojunction Photovoltaic Cells” Angew. Chemie Int. Ed. 42, 3371–3375.
Dang, M.T., Hirsch, L., & Wantz, G. 2011 “P3HT:PCBM, best seller in polymer photovoltaic research” Adv. Mater. 23, 3597–3602.
Guo, X., Cui, C., Zhang, M., Huo, L., Huang, Y., Hou, J., & Li, Y. 2012, “High efficiency polymer solar cells based on poly(3-hexylthiophene)/indene-C70 bisadduct with solvent additive” Energy Environ. Sci. 5, 7943.
Holliday, S., Ashraf, R.S., Wadsworth, A., Baran, D., Yousaf, S.A., Nielsen, C.B., Tan, C.-H., Dimitrov, S.D., Shang, Z., Gasparini, N., Alamoudi, M., Laquai, F., Brabec, C.J., Salleo, A., Durrant, J.R., & McCulloch, I. 2016, “High-efficiency and air-stable P3HT-based polymer solar cells with a new non-fullerene acceptor” Nat. Commun. 7, 11585.
Mühlbacher, D., Scharber, M., Morana, M., Zhu, Z., Waller, D., Gaudiana, R., & Brabec, C. 2006, “High photovoltaic performance of a low-bandgap polymer” Adv. Mater. 18, 2884–2889.
Peet, J., Kim, J.Y., Coates, N.E., Ma, W.L., Moses, D., Heeger, A.J., & Bazan, G.C. 2007, “Efficiency enhancement in low-bandgap polymer solar cells by processing with alkane dithiols” Nat. Mater. 6, 497–500.
Liang, Y., Wu, Y., Feng, D., Tsai, S.-T., Son, H.-J., Li, G., & Yu, L. 2008 “Development of New Semiconducting Polymers for High Performance Solar Cells” J. Am. Chem. Soc. 131, 56–57.
Chen, H.-Y., Hou, J., Zhang, S., Liang, Y., Yang, G., Yang, Y., Yu, L., Wu, Y., & Li, G. 2009, “Polymer Solar Cells with Enhanced Open-Circuit Voltage and Efficiency”. Nat. Photonics 3, 649–653.
Liang, Y., Xu, Z., Xia, J., Tsai, S.T., Wu, Y., Li, G., Ray, C., & Yu, L. 2010, “For the bright future-bulk heterojunction polymer solar cells with power conversion efficiency of 7.4%” Adv. Mater. 22, 135–138.
He, Z., Zhong, C., Su, S., Xu, M., Wu, H., & Cao, Y. 2012, “Enhanced Power- Conversion Efficiency in Polymer Solar Cells Using an Inverted Device Structure Enhanced power-conversion efficiency in polymer solar cells using an inverted device structure” Nat. Photonics 6, 591–595.
1Holliday S., Li Y., Luscombe C.K., 2017, “Recent advances in high performance donor-acceptor polymers for organic photovoltaics”, Progress in Polymer Science, 70, 34-51.
Ye, L., Zhang, S., Zhao, W., Yao, H., & Hou, J. 2014, “Highly efficient 2D-conjugated benzodithiophene-based photovoltaic polymer with linear alkylthio side chain” Chem. Mater. 26, 3603–3605.
He, Z., Xiao, B., Liu, F., Wu, H., Yang, Y., Xiao, S., Wang, C., Russell, T.P., & Cao, Y. 2015, “Single-junction polymer solar cells with high efficiency and photovoltage” Nat. Photonics 9, 174–179.
Li, Z., Jiang, K., Yang, G., Lai, J.Y.L., Ma, T., Zhao, J., Ma, W., & Yan, H., 2016, “Donor polymer design enables efficient non-fullerene organic solar cells” Nat. Commun. 7, 13094.
Meng, L., Zhang, Y., Wan, X., Li, C., Zhang, X., Wang, Y., Ke, X., Xiao, Z., Ding, L., Xia, R., Yip H., Cao, Y., Chen, Y., 2018, “Organic and solution-processed tandem solar cells with 17.3% efficiency”, Science, 6407, 1094-1098.
Guo, F., Zhu, X., , Forberich, K., Krantz, J., Stubhan T., Salinas, M., Halik, M., Spallek, S., Butz B., Spiecker, E., Ameri, T., Li, N., Kubis, P., Guldi D.M., Matt G.M., Brabec, C.B., 2013, “ITO-Free and Fully Solution-Processed Semitransparent Organic Solar Cells with High Fill Factors”, Adv. Energy Mater. 3, 1062–1067.
Yim, J.H., Joe, S., Pang,C., Lee, K.M., Jeong, H., Park, J., Ahn, J.M., de Mello, J.C., Lee, S., 2014, “Fully Solution-Processed Semitransparent Organic Solar Cells with a Silver Nanowire Cathode and a Conducting Polymer Anode”, ACS Nano, 3, 2857– 2863.
Upama, M.B., Wright, M., Elumalai, N.K., Mahmud, A., Wang, D., Xu, C., Uddin, A., 2017, “High-Efficiency Semitransparent Organic Solar Cells with Non-Fullerene Acceptor for Window Application”, ACS Photonics, 4,9, 2327-2334.
Yiu, A. T., Beaujuge, P. M., Lee, O. P., Woo, C. H., Toney, M. F., Frechet, J. M. J., 2012, “Side-Chain Tunability of Furan-Containing Low-Band-Gap Polymers Provides Control of Structural Order in Efficient Solar Cells”, J. Am. Chem. Soc., 134, 4, 2180- 2185.

APA	TOPPARE L, ÜNALAN H, GÜNBAŞ E, Yıldız D, UDUM Y (2019). Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi. , 1 - 208.
Chicago	TOPPARE Levent,ÜNALAN Hüsnü Emrah,GÜNBAŞ Emrullah Görkem,Yıldız Dilber Esra,UDUM Yasemin Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi. (2019): 1 - 208.
MLA	TOPPARE Levent,ÜNALAN Hüsnü Emrah,GÜNBAŞ Emrullah Görkem,Yıldız Dilber Esra,UDUM Yasemin Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi. , 2019, ss.1 - 208.
AMA	TOPPARE L,ÜNALAN H,GÜNBAŞ E,Yıldız D,UDUM Y Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi. . 2019; 1 - 208.
Vancouver	TOPPARE L,ÜNALAN H,GÜNBAŞ E,Yıldız D,UDUM Y Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi. . 2019; 1 - 208.
IEEE	TOPPARE L,ÜNALAN H,GÜNBAŞ E,Yıldız D,UDUM Y "Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi." , ss.1 - 208, 2019.
ISNAD	TOPPARE, Levent vd. "Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi". (2019), 1-208.

APA	TOPPARE L, ÜNALAN H, GÜNBAŞ E, Yıldız D, UDUM Y (2019). Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi. , 1 - 208.
Chicago	TOPPARE Levent,ÜNALAN Hüsnü Emrah,GÜNBAŞ Emrullah Görkem,Yıldız Dilber Esra,UDUM Yasemin Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi. (2019): 1 - 208.
MLA	TOPPARE Levent,ÜNALAN Hüsnü Emrah,GÜNBAŞ Emrullah Görkem,Yıldız Dilber Esra,UDUM Yasemin Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi. , 2019, ss.1 - 208.
AMA	TOPPARE L,ÜNALAN H,GÜNBAŞ E,Yıldız D,UDUM Y Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi. . 2019; 1 - 208.
Vancouver	TOPPARE L,ÜNALAN H,GÜNBAŞ E,Yıldız D,UDUM Y Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi. . 2019; 1 - 208.
IEEE	TOPPARE L,ÜNALAN H,GÜNBAŞ E,Yıldız D,UDUM Y "Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi." , ss.1 - 208, 2019.
ISNAD	TOPPARE, Levent vd. "Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi". (2019), 1-208.