Kızıl ötesi bölgede soğurma yapan yenilikçi malzemelerin geliştirilmesi ve yeni cihaz yapısı tasarımları ile en az %5 verime sahip yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi
TÜBİTAK MAG Proje01.01.2019Organik güneş hücreleri (OPV) üretim kolaylıkları, esnek yüzey uygulamalara olanaksağlamaları, yarı-şeffaf ve düşük maliyetlerle üretilebilmeleri gibi avantajlarıyla dikkatçekmektedirler. Silikon tabanlı hücrelere alternatif olmaktan çok bu tip hücreleri tamamlayıcınitelikte olan OPVlerin yakın gelecekte tüketicilerin kullanımında olması beklenmektedir.OPVlerin silikon tabanlı güneş hücrelerinin kullanılamayacağı yüzeylerde kullanılabilir halegetirilmesi OPVlerin ticari olarak önem kazanmalarının önünü açacaktır. Bu bağlamda enönemli kullanım alanlarından biri bina camlarıdır. Burada yüksek yüzeye sahip olan binacamlarının yarı-şeffaf OPVler ile donatılmasının enerji üretimi için önemli bir kaynakyaratacağı düşünülmektedir. Bu sebep göz önüne alınarak bu proje kapsamında yüksekverimli ve yarı-şeffaf güneş hücrelerinin gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir. Proje kapsamında1)özgün NIR bölgede soğurma yapan polimerlerin sentezi, 2)bu polimerler kullanılarakstandart ve yarı-şeffaf hücrelerin üretilmesi ve 3)bu polimerlerin görünür bölgede soğurmayapan yüksek verimli ticari polimerlerle üçlü karışımlarıyla standart ve yarı-şeffaf hücrelerininüretilmesi üzerine yoğunlaşılmıştır. Malzeme sentezlerinde çok basamaklı organik sentez,Stille polimerizasyon ve DHRP tipi polimerizasyon yöntemleri kullanılmıştır. Cihazüretimlerinde normal ve ters tipte standart cihazlar üretilmiş, yarı-şeffaf hücrelerde ise tersdüzenekte cihaz üretimi uygulanmıştır. Yarı-şeffaf hücrelerde geçirgen kontak olarak gümüşnanoteller veya ince gümüş film kullanılmıştır. Proje kapsamında birçok yeni malzemetasarlanmış ve 20?nin üzerinde özgün polimer sentezlenmiştir. Bu polimerlerden bir tanesistandart cihaz düzeneğinde %6?nın üzerinde verim göstermiş ve malzeme alanının öndegelen dergilerinden J. Materials Chemisty C yayınlanmıştır. Proje kapsamında sentezlenenbaşka bir grup polimerin sonuçları içeren makale şu anda alanın önemli dergilerindenRenewable Energy?de değerlendirme aşamasındandır. Bu polimerlerden biri ve ve ticaripolimer PBDTTT-EFT kullanılarak hazırlanan üçlü güneş hücreleri %7,65?lık verimeulaşmıştır. Bu sistem kullanılarak hazırlanan yarı-şeffaf güneş hücrelerinde ise proje hedefineuygun 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-EFTpolimeri kullanılarak yarı-şeffaf güneş hücreleri üretilmiş ve proje hedefine tam uygun olacakşekilde %5,39 verimde güneş hücreleri üretilmiştir. Ayrıca King Abdullah University of Scienceand Technology?de görevli olan Yrd. Doç. Dr. Derya Baran ile kurulan ortalık üzerindengerçekleştirilen çalışmalarda PBDTTT-EFT polimeri ve farklı bir NFA kullanılarak %6,45verimde yarı-şeffaf güneş hücreleri üretilmiştir. İnsan gözünün hassas olduğu bölgede (370nm 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 birineişaret etmektedirOrganic phovoltaic cells (OPVs) draw considerable attention due to their several advantages such as flexibility, semi-transparency and low cost. It is expected that consumers may utilize them in near future although they are not going to be an alternative to their silicon based counterparts. To be able to employ them where silicon based ones cannot,will enable OPVs as commercial devices.For that matter the most important area of use is windows ofbuildings. In that, such large area surfaces can be made semi transparent via employing OPVs which in return it will enable energy production. For that reason in this project production of semi transparent organic photovoltaics with high efficiency is headed. The project aims 1) Synthesis of polymers absorbing in near IR region, 2) Using these polymers in the constructionof semi transparent cells, 3) Production of standard and semi transparent cells made up of three phase mixing with high efficiency commercial polymers. At the synthesis step, multistep organic synthesis, Stille polymerization and DHRP type polymerizations wereutilized. As to the device construction standard and ternary types wereproduced, whereas for the semi transparent devices ternary cells wereconstructed. Silver nanowires and thin silver films wereused as the contacts in the case of semitransparent cells. Throughoutthe project a number of new materials weredesigned andmore than ten polymers weresynthesized. One of the polymers in concern revealed a power conversion efficiency of more that 6 %, the results werepublished in a high impact factor journal, namely Journal of Materials Chemistry C. In the context of the project yet another group of polymers were in pressin an important journal in the field; Renewable Energy. OPVs constructed by mixing one of those polymers and a commercial one; PBDTTT-EFT reached an efficiency of 7.65%.Using the same device architecture an efficiency of 4.83% was achieved for semi transparent cells which is consistent with one of the targets of the project.In addition to these effortsusing a commercial NFA and PBDTTT-EFT semi transparent cells wereproduced with a 5.39% efficiency again in accordance with one of the aims of the project. Moreover, using PBDTTT-EFT and a different NFA semi transparentcells with 6.45% efficiency wereproduced through a fruitful collaboration with Assistant Prof. Dr. Derya Baran of King Abdullah University of Science and Technology. This cell reaches a transmittance (ATV) of 36 % in the visible region of the spectrum. This value seems to be one of the best compare to the ones published in literature
