Polimerik Güneş Hücrelerinde Ag Nanopartikül Katkılı TiO2 Tampon Tabakasının Kendiliğinden Organize Olan Tek Tabaka Moleküller (SAM) ile Modifiye Edilmesi

Yıl 2020, Cilt: 8 Sayı: 1, 1058 - 1071, 31.01.2020

Semih Yurtdaş , Mustafa Can , Mustafa Karaman Cem Tozlu

Öz

Bu çalışmada, sol-jel
yöntemi ile sentezlenen TiO₂ yapısına, poliol yöntemi ile
sentezlenen Ag np’ler katkılanmıştır. Elde edilen Ag katkılı TiO₂ ine
film yüzeyi kendiliğinden organize olan tek tabaka molekül (CT23) ile modifiye
edilmiştir. Hazırlanan güneş hücresinin yapısı ITO/Ag-TiO₂-CT23/P3HT:PCBM/MoO₃/Ag
şeklindedir. Sadece TiO₂ kullanılarak yapılan güneş hücresinin akım
yoğunluğu 6,76 mA/cm² iken Ag np katkılanarak 6,89 mA/cm²
değerine ulaşılmıştır. Hem Ag np ile katkılama hem de CT23 molekülü ile
modifikasyon sonucu elde edilen akım yoğunluğu ise 7,03 mA/cm²’dir.
Verimlilik değerleri ise sırasıyla % 2,25, % 2,74 ve % 2,84’tür. Elde edilen
sonuçlar Ag np ile katkılama ve CT23 molekülü ile modifikasyon işleminin,
referans TiO₂’e göre daha iyi sonuç verdiğini göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

Ag, Nanopartikül, Kendiliğinden dizilen tek tabaka, TiO2, Sol-Jel

Polimerik Güneş Hücrelerinde Ag Nanopartikül Katkılı TiO2 Tampon Tabakasının Kendiliğinden Organize Olan Tek Tabaka Moleküller (SAM) ile Modifiye Edilmesi

Öz

Organik güneş hücrelerinin
performansları üzerinde yüzey modifikasyonu ve metal nanopartiküller önemli bir
rol oynamaktadır. Tek tabaka kendiliğinden organize olan (self assembly
monolayer, SAM) organik malzemeler ucuz ve kolay uygulanabilir olmaları
nedenleriyle diğer yüzey uygulama tekniklerine alternatif bir malzemelerdir.
Metal nanopartiküllerin organik güneş hücrelerinde uygulama alanlarının
geliştirilmesi son yıllarda önemli bir başlık haline gelmiştir. Bu çalışmada, sol-jel
yöntemi ile sentezlenen TiO₂ elektrot yapısına Ag np’ler katkılanmış
ve Ag-/TiO₂ yüzeyi SAM molekülü ile modifiye edilerek yeni bir tür
elektrot tasarlanmıştır. TiO₂ elektrotlu güneş hücresinde elde
edilen verimlilik değeri % 2,25 iken, bu çalışmada tasarlanan Ag-TiO₂/SAM
elektrot yapısından elde edilen güneş hücre verimliliği % 2,84 olarak
bulunmuştur.

Anahtar Kelimeler

: Ag, Nanopartikül, Kendiliğinden dizilen tek tabaka, TiO2, Sol-Jel

Kaynakça

• [1] Y. He, Z. Li, J. Li, X. Zhang, C. Liu, H. Li, L. Shen, W. Guo ve S. Ruan, "The role of Au nanorods highly efficient inverted low band gap polymer solar cells," Appl. Phys. Lett., vol. 105 no. 223305, pp. 1-5, 2014.
• [2] S. Lattante "Electron and Hole Transport Layers: Their Use in Inverted Bulk Heterojunction Polymer Solar Cells," Electronics, vol. 3, no. 1, pp. 132-164, 2014.
• [3] R. Po, C. Carbonera, A. Bernardi ve N. Camaioni, "The role of buffer layers in polymer solar cells," Energy Environ. Sci., vol. 4, no. 2, pp. 285-310, 2011.
• [4] K. Yuan, L. Chen ve Y. Chen, "In situ photo catalytically heterostructured ZnO-Ag nanoparticle composites as effective cathode – modifying layers for air-processed polymer solar cells," Chem. - Eur. J., vol. 21, no. 33, pp. 11899–11906, 2015.
• [5] S. Liu, F. Meng, W. Xie, Z. Zhang, L. Shen, C. Liu, Y. He, W. Guo ve S. Ruan, "Performance improvement of inverted polymer solar cells by dopin Au nanoparticles into TiO2 cathode buffer layer," Appl. Phys. Lett., vol. 103, no. 233303, pp. 1-4, 2013.
• [6] W. S. Chung, H. Lee, W. Lee, M. J. Ko, N. G. Park, B. K. Ju ve K. Kim, "Solution processed polymer tandem cell utilizing organic layer coated nano-crystalline TiO2 as interlayer," Org. Electron., vol. 11, no. 4, pp. 521-528, 2010.
• [7] C. Waldauf, M. Morana, P. Denk, P. Schilinsky, K. Coakley, S. A. Choulis ve C. J. Brabec, "Highly efficient inverted organic photovoltaics using solution based titanium oxide as electron selective contact," Appl. Phys. Lett., vol. 89, no. 233517, pp. 1-3, 2006.
• [8] S. H. Chen, S. H. Chan, Y. T. Lin ve M. C. Wu, "Enhanced power conversion efficiency of perovskite solar cells based mesoscopic Ag-doped TiO2 electron transport layer," Appl. Surf. Sci., vol. 469, pp. 18-26, 2019.
• [9] P. Lv, S. C. Chen ve F. Huang, "Controllable phase transformation of titanium dioxide for the high performance polymer solar cells," Sol. Energy Mater. Sol. Cells, vol. 192, pp. 88–93, 2019.
• [10] J. Xiong, B. Yang, C. Zhou, J. Yang, H. Duan, W. Huang, X. Zhang, X. Xia, L. Zhang, H. Huang ve Y. Gao, "Enhanced efficiency and stability of polymer solar cells with TiO2 nanoparticles buffer layer," Org. Electron., vol. 15, no. 4, pp. 835-843, 2014.
• [11] C. Tozlu, A. Mutlu, M. Can, A. K. Havare, Ş. Demiç ve S. İçli, "Effect of TiO2 modification with amino-based self-assembled monolayer on inverted organic solar cell," Appl. Surf. Sci., vol. 422, pp. 1129-1138, 2017.
• [12] S. Mo ve W. Y. Ching, "Electronic and optical properties of three phases of titanium dioxide: Rutile, anatase, and brookite," Phys. Rev. B, vol. 51, no. 19, pp. 13023-13032, 1995.
• [13] Z. Lin, C. Jiang, C. Zhu ve J. Zhang, "Development of inverted organic solar cells with TiO2 interface layer by using low-temperature atomic layer deposition," ACS Appl. Mater. Interfaces, vol. 5, no. 3, pp. 713-718, 2013.
• [14] H. L. Gao, X. W. Zhang, Z. G. Yin, S. G. Zhang, J. H. Meng ve X. Liu, "Efficiency enhancement of polymer solar cell by localized surface plasmon of Au nanoparticles," J. Appl. Phys., vol. 114, no. 163102, pp. 1-6, 2013.
• [15] M. F. Xu, X. Z. Zhu, X. B. Shi, J. Liang, Y. Jin, Z. K. Wang ve L. S. Liao, "Plasmon resonance enhanced optical absorption in inverted polymer/fullerene solar cells with metal nanoparticle-doped solution-processable TiO2 layer," ACS Appl. Mater. Interfaces, vol. 5, no. 8, pp. 2935−2942, 2013.
• [16] S. Li, X. Zhu, B. Wang, Y. Qiao, W. Liu, H. Yang, N. Liu, M. Chen, H. Lu ve Y. Yang, "Influence of Ag Nanoparticles with Different Sizes and Concentrations Embedded in a TiO2 Compact Layer on the Conversion Efficiency of Perovskite Solar Cells," Nanoscale Res. Lett., vol. 13, no. 210, pp. 1-11, 2018.
• [17] S. Woo, J. H. Jeong, H. K. Lyu, Y. S. Han ve Y. Kim, "In situ-prepared composite materials of PEDOT:PSS buffer layer-metal nanoparticles and their application to organic solar cells," Nanoscale Res. Lett, vol. 7, no. 641, pp. 1-6, 2012.
• [18] T. Zhao, R. Sun, S. Yu, Z. Zhang, L. Zhou, H. Huang ve R. Du, "Size-controlled preparation of silver nanoparticles by a modified polyol method," Colloids Surf., A, vol. 366, no. 1-3, pp. 197-202, 2010.
• [19] H. L. Yip, S. K. Hau, N. S. Baek, H. Ma ve A. K. Y. Jen, "Polymer Solar Cells That Use Self-Assembled-Monolayer-Modified ZnO/Metals as Cathodes," Adv. Mater., vol. 20, no. 12, pp. 2376-2382, 2008.
• [20] Y. E. Ha, M. Y. Jo, J. Park, Y. C. Kang, S. I. Yoo ve J. H. Kim, "Inverted Type Polymer Solar Cells with Self Assembled Monolayer Treated ZnO," J. Phys. Chem. C, vol. 117, no. 6, pp. 2646-2652, 2013.
• [21] S. I. Yoo, T. T. Do, Y. E. Ha, M. Y. Jo, J. Park, Y. C. Kang ve J. H. Kim, "Effect of Self-Assembled Monolayer Treated ZnO on the Photovoltaic Properties of Inverted Polymer Solar Cells", Bull. Korean Chem. Soc., vol. 35, no. 2, pp. 569-574, 2014.
• [22] P. Docampo, J. M. Ball, M. Darwich, G. E. Eperon ve H. J. Snaith, “Efficient organometal trihalide perovskite planar-heterojunction solar cells on flexible polymer substrates,” Nat. Commun., vol. 4, no. 2761, pp. 1-6, 2013.
• [23] A. Mutlu, M. Can ve C. Tozlu, “Performance improvement of organic solar cell via incorporation of donor type self-assembled interfacial monolayer”, Thin Solid Films, vol. 685, pp. 88-96, 2019.