Ara Yüzey Etkin Molibden Oksit/Organik Hibrit Anot Tampon Tabakaların Sentezi ve Organik Fotovoltaik Hücrelere Uygulanması

Bu projede, indiyum katkılı kalay oksit (ITO, InSnO2) elektrot tabaka üzerinde kendiliğinden organize olan tek tabaka moleküller (SAM) ile MoO3 tabakaların bir araya gelmesi ile oluşan hibrit anot katmanın organik güneş hücre verimliliği üzerine etkileri çalışmaları yapılmıştır. Bu amaçla karboksilik asit türevli ve merkezde tiyofen molekülü içeren donör ve akseptör özellikli kendiliğinden organize olan tek tabaka moleküller sentezlenmiştir. Organik güneş hücrelerinde etkin yük transferi için metal kontaklar ile yarıiletken malzemeler arasında omik kontak yapısının oluşması gerekmektedir. Projemizde özellikle anot tampon tabakada etkin yük transferini gerçekleştirmek için MoO3 ile InSnO2 metal oksitleri ve yeni SAM molekül yapıları arasında monodante bağ yapısı oluşturalarak hibrit elektrotlar üretilmiştir. Yedi adet birbirinden farklı SAM molekülleri metal oksit katman üzerine çözelti ortamında büyütülmüş ve bu yapı üzerine PCBM ve P3HT fotoaktif katmanlar büyütelerek güneş hücreleri üretilmiştir. Yapılan sentez çalışmalarında moleküllerin optik özellikleri UV-Vis, elektro- kimyasal özellikler döngüsel voltametri, yüzey özellikleri Kelvin Uç Mikroskopu ve temas açısı ölçer, molekül yapıları FT-IR ve 1H-NMR analizleriyle aydınlatılmıştır. Çalışmalarda MoO3 üzerine dizilen SAM molekülleri (ITO/MoO3/SAM) ile SAM molekülleri üzerinde MoO3 ince film oksit tabakanın büyütülmesi sonucu oluşan (ITO/SAM/MoO3) iki farklı hibrit elektrot yapısı üretilmiştir. ITO/SAM/MoO3 hibrit anot tabakasının güneş hücre verimlilikleri üzerine yapılan çalışmalarda yük taşıyıcı transferi için SAM moleküllerinin ITO ile MoO3 arayüzeyinde uygun enerji band profilini sağladığı ortaya çıkmıştır. Elde edilen sonuçlar neticesinde standart ITO/MoO3/P3HT:PCBM/Ca/Ag güneş hücresi yapısından ortalama %1.85 verimlilik elde edilmiş olup, 4-[5'-(3,5-metoksifenil)-2,2'bitien-5-il]benzoik asit’in (ZE-1MeO) ve 4-[5'-(3,4,5-triflorofenil)-2,2'-bitien-5-il]benzoik asit (ZE-3F) molekülleri haricinde diğer SAM moleküllerinin kullanılması ile elde edilen ITO/SAM/MoO3/P3HT:PCBM/Ca/Ag yapısındaki güneş hücrelerin verimlilik değerleri standart güneş hücre verimlilik değerini geçmiştir. En yüksek verimlilik değeri tek Florlu SAM molekülünden %2.22 olarak ortaya çıkmıştır. Projenin nihai hedeflerinden biri olan kısa devre akım (Jsc) yoğunluğunun arttırılması, SAM molekülleri kullanılması ile sağlanmıştır. Ortalama 6.02 mA/cm2 olan standart hücrenin Jsc değeri, 4-2,2'-bitien-5-il]benzoik asit’in ZE-Ph SAM molekülü kullanılması ile ortalama 6.93 mA/cm2 değerine kadar çıkmıştır.