TÜBİTAK MAG Proje01.12.2018Bu projede, optimize edilmiş TiO2 çalışma elektrotu, perovskit katı hal elektroliti ve karbonnanotüp veya grafen/polimer kompozit karşıt elektrotu?nun kullanılması suretiyle, katı halboya duyarlı güneş pilli (DSSC)?nin kararlılığının arttırılması amaçlanmıştır. Proje Avrupabirliğince açılan ?Kaynaklar ve sürdürebilirlik? KONNECT çağrısına uygun olaraksürdürülmüştür. DSSC?lerin enerji dönüşüm verimlilikleri TiO2 içerikli fotoanotun (çalışmaelektrotunun) morfolojik yapısıyla yakından ilgilidir. Projede Türk ekibi katı hal DSSC?lerinçalışma elektrodunun yapımında kullanmak üzere TiO2 katmanının optimize edilmesineyönelik Ar-Ge çalışmalarını yapmıştır. Bu doğrultuda değişik fazlara (anataz, rutil, brukit vebunların karışımları) ve morfolojiye (1, 2, ve 3 boyutlu) sahip TiO2 tozları hidrotermal süreçlenano boyutta sentezlenmiştir. Sentezlenen tozlardan TiO2 pastaları oluşturulup Kore ekibinegönderilmiştir. Kore ekibi diğer ekiplerin hazırladığı elektrotları kullanarak, elektrolit veperovskit malzemeleri hazırlamış, katı hal DSSC?leri imal etmiş ve imal ettiği perovskitDSSC?lerin enerji dönüşüm verimliliklerini ölçmüştür.Bu çalışmada, TiO2 nanoyapıları asidik (HNO3) ve bazik (NaOH) katalizör desteklihidrotermal yöntemle sentezlenmiştir. Bazik katalizör destekli sentezde, bir boyutlu (1D) TiO2nanoyapıları elde etmek için prekürsör olarak ticari anataz tozu ve amorf toz kullanılmıştır.NaOH molaritesi ve sentez sıcaklığı sabit tutulmuş fakat sentez süresi sistematik olarakarttırılmıştır. Ürünler XRD, FESEM ve HRTEM analizleri kullanılarak karakterize edilmiştir.Asidik katalizör destekli sentezde, TiO2 nanoyapıları asit konsantrasyonu (1, 3 ve 8 M),sentez sıcaklığı (110, 140 ve 180 oC) ve sentez süresi (1, 3 ve 6 saat) değiştirilereksentezlenmiştir. Ürünler XRD, FESEM ve HRTEM analizleri kullanılarak karakterize edilmiştir.Elde edilen TiO2 nanoyapıları için bir oluşum mekanizması önerilmiştir.DSSC'nin fotoanotunu yapmak için kristal yapısı ve morfolojileri farklı olan beş nano tozseçilmiştir. Tozlardan fotoanot yapmak için iki farklı macun oluşturma yöntemiyle macunlarhazırlanmıştır. Her macun tek ve çift katmanlı olarak uygulanmıştır. Fotoanotlar profilometre,UV-Vis fotospektroskopi, FESEM, XRD ve HRTEM analizleri kullanılarak karakterizeedilmiştir.Perovskit katı hal DSSC?yi oluşturmak için Methylammonium perovskit sıvı hazırlanmıştır.Oluşturulan DSSC?lerin değişik spin kaplama hızlarında ve ısıl işlem sıcaklıklarında enerjidönüşüm perfomansları belirlenmiştir. Tek TiO2 katman üzerinde 1500 dev/dak?da kaplanmışperovskit DSSC?nin verimliği %7,36 olarak ölçülmüştür. DSSC?nin verimliliğini artırmak içinperovskit içine 0,1 NH4I katkısı yapılmıştır. Bu surette verimlik %9,13?e kadar artmıştır. Katıhal DSSC?nin verimliğini arttırmak için el baskı ile oluşturulan ilk katman üzerine spinkaplama ile mezogözenekli ikinci TiO2 katmanı yapılmıştır. Bu surette oluşturulan katı halDSSC?nin verimliliği %10,05 olarak belirlenmiştir. Çift TiO2 katmanlarıyla beraber NH4I katkılıperovskit kullanılıp 100 oC?de ısıl ışlem yapılmış DSSC?nin enerji dönüşüm verimliliği %10,3olarak ölçülmüştür.This project aims to increase the stability of the perovskite dye-sensitized solar cell (DSSC) byusing the optimized TiO 2 layer, perovskite solid-state electrolyte, and carbon nanotube orgraphene/polymer composite counter electrode. The project was carried out in accordance withthe KONNECT call “Resources and Sustainability”. The energy conversion efficienciy of DSSCsare closely related to the morphology of TiO 2 containing photoanote (working electrode). In thisproject, the Turkish team performed R&D studies towards the optimization of the TiO 2 layer foruse in the construction of solid state DSSCs' working electrode. In that regard, TiO 2 powdershaving different phases (anatase, rutile, brukite, and their mixtures) and morphology (1, 2, and 3dimensional) were synthesized in nano scale by hydrothermal process. TiO 2 pastes wereformed from the powders synthesized and sent to the Korean team. The Korean team preparedthe solid state electrolyte and perovskite materials, manufactured solid-state DSSCs using theelectrodes sent from other teams, and measured energy conversion efficiencies of theperovskite DSSCs manufactured.In this study, TiO 2 nanostructures were synthesized by acid (HNO 3 ) and alkaline (NaOH)catalyzer assisted hydrothermal method. In the alkaline catalyzer assisted synthesis, P25,anatase commercial powders and amorphous powder was used as precursor materials in orderto obtain one dimensional (1D) TiO 2 nanostructures. NaOH molarity and synthesis temperaturewere kept constant but, synthesis duration was increased systematically. The products werecharacterized using XRD, FESEM, and HRTEM analyses. In the acid catalyzer assistedsynthesis, TiO 2 nanostructures were synthesized by changing acid concentration (1, 3, and 8 M)synthesis temperature (110, 140, and 180 o C), and synthesis time (1, 3, and 6 h). The productswere characterized using XRD, FESEM, and HRTEM analyses. An evolution mechanism wasproposed for the resultant TiO 2 nanostructures.Five different nano powders were selected in terms of crystal structure and morphology to makethe photoanode component of DSSC. For photoanode fabrication from the powders the pasteswere formed with respect to two different paste formation methods. Every paste was applied insingle and bi-layer form. Photoanodes were characterized using profilometer, UV-Visphotospectroscopy, FESEM, XRD and HRTEM analyses
