Elektrokimyasal kaplama yöntemiyle yeni nesil cu2msns4 (m=zn+2,co+2, fe+2, mn+2, ni+2) ince filmlerinin sentezi ve karşıt elektrot olarak boya duyarlı güneş gözesi uygulamaları

Bu projede, yeni nesil CuMSnS4 (M = Zn2+, Co2+, Fe2+, Mn2+, Ni2+) ince filmleri tek-adım ve iki-adım elektrokimyasal depolama yöntemi ile başarılı bir şekilde sentezlenmiş ve boya duyarlı güneş gözelerinde (BDGG) karşıt elektrot olarak kullanılabilirliliği araştırılmıştır. İnce filmlerin yapısal, morfolojik ve kompozisyon özellikleri, X-ışını difraksiyonu (XRD), Raman spektroskopisi, Taramalı elektron mikroskobu (SEM), Atomik kuvvet mikroskobu (AFM), X- ışını fotoelektron spektroskobisi (XPS) ve Enerji-dağılımlı spektrometre (EDS) yardımıyla karakterize edilmiştir. Elde edilen tüm ince filmlerin kesterit fazlı kristal yapıya, uygun stokoyimetriye, 60-300 nm aralığında parçacık boyutlu ve gözenekli yapıda oluştuğu gözlemlenmiştir. Ayrıca, döngüsel voltametri analizlerinden, Cu2CoSnS4 ve Cu2FeSnS4 ince filmlerinin diğer ince filmlere göre iyodür bazlı elektrolitin indirgenmesi için daha iyi elektrokatalitik aktivite sergiledikleri tespit edilmiştir. Fotovoltaik sonuçlarda, tek- ve iki-adımlı elektrokimyasal depolama yöntemi ile sentezlenen Cu2CoSnS4 ve Cu2FeSnS4 ince filmlerinin karşıt elektrot olarak kullanıldığı boya-duyarlı güneş gözelerinin sırasıyla 3% - 5.55% ve 2.94% - 5.14% ile Cu2ZnSnS4 ince filmine (1.93% - 2.87%) göre daha iyi verimlilik değerlerine ulaştığı gözlemlenmiştir. Aynı zamanda, akım ve gerilim için gerçekleştirilen kararlılık testlerine göre de Cu2CoSnS4 filmi en uzun elektron yaşam ömrü ve kararlı anahtarlama performansına sahipken, Cu2MnSnS4 filmi en kısa yaşam ömrü ve daha kararsız anahtarlama performansına sahiptir. Bu umut verici sonuçlar, düşük maliyetli, yüksek verimli Pt-karşıt elektrotsuz boya-duyarlı güneş gözelerinde yeni nesil CuMSnS4 ince filmlerinin potansiyel bir uygulamasını vurgulamaktadır.

In this project, the new generation CuMSnS4 (M = Zn2+, Co2+, Fe2+, Mn2+, Ni2+) thin films has been succesfully synthesized by one-step and two-step electrochemical deposition method and employed the usefulness of these thin films as counter electrode in dyesensitized solar cells (DSSCs). The structural, compositional, morphological and optical properties of these thin films were characterized by X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, Scanning electron microscopy (SEM), Atomic force microscopy (AFM), Xray photoelectron spectroscopy (XPS) and Energy-dispersive spectrometer (EDS). It is observed that the all of thin films had kesterite phase-crystalline structure, adequate stoichiometric ratio and porous structure forming 60–300 nm particle sizes. Furthermore, cyclic voltammograms analysis indicated that Cu2CoSnS4 and Cu2FeSnS4 thin films exhibited better electrocatalytic activity for the reduction of iodine/iodide electrolyte than that of other thin films. The photovoltaic results demonstrated that DSSCs with a Cu2CoSnS4 ve Cu2FeSnS4 thin films-based counter electrode, synthesized one-step and two-step electrochemical deposition method, achieved the best efficiency of 3% - 5.55% and 2.94% - 5.14% which is higher than the same photoanode employing a Cu2ZnSnS4 thin films (1.93%-2.87%) counter electrodes, respectively. As expected, the Cu2CoSnS4 shows the longest electron lifetime and best start/stop capability while Cu2MnSnS4 based cell exhibits the shortest electron lifetime and the lowest start/stop capability. These promising results highlight the potential application of the new generation CuMSnS4 thin films in lowcost, high-efficiency, Pt-free DSSCs.