TiO2 yüzeyine Sn, Ca, Mg ve Al atomlarının eklenmesi ile oluşturulan kristal yapıların boya duyarlı güneş hücrelerine uygunluklarının yoğunluk fonksiyon teorisi kullanılarak incelenmesi

Abstract

Fosil yakıtların çevreye zarar vermesi ve rezervlerinin tükeniyor olması alternatif enerji kaynaklarına yönelimi gerektirmektedir. Bu alternatif enerji kaynaklarından en önemlisi olan güneş enerjisinden yeterince faydalanılamamaktadır. Güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren sistemler fotovoltaik sistemlerdir. Fotovoltaik sistemlerden enerji elde edilmesinde karşılaşılan en büyük problem enerji verimliliği düşüklüğü ve maaliyetin yüksek olmasıdır. Bu nedenle bu çalışmada, yeni nesil güneş hücresi olan boya duyarlı güneş hücrelerine farklı atomlar ekleyerek oluşturulan kristal yapıların boya duyarlı güneş hücrelerine uygunluğu incelenmiştir. Quantum espresso simülasyon programı kullanılarak Sn, Ca, Mg ve Al elementleri TiO2 tabanına eklenmiştir. TiO2 tabanına eklenen bu elementlerin oluşturdukları kristal yapıların (TiO2Sn, TiO2Ca, TiO2Mg ve TiO2Al) atomik yapıları, toplam enerjisi, bant aralıkları ve durum yoğunlukları incelenmiştir. Daha sonra TiO2 tabanına ikişer tane Sn, Ca, Mg ve Al elementleri eklenelerek oluşturulan kristal yapıların (TiO2Sn2, TiO2Ca2, TiO2Mg2 ve TiO2Al2) benzer özellikleri tekrar incelenmiştir. TiO2 tabanına önce bir atom daha sonra iki atom eklenmesinin sebebi kristal yapıların özelliklerinin değişip değişmeyeceğini gözlemlemektir. Sonuç olarak kristal yapıların verileri analiz edilerek bu yapıların güneş hücreleri uygulamaları için uygun olup olmadıkları detaylı bir şekilde tartışılmıştır.

The fact that fossil fuels harm the environment and their reserves are running out require an orientation to alternative energy sources. Solar energy, which is the most importanat of these alternative energy sources, cannot be utilized sufficiently. Systems that convert solar energy into electrical energy are photovoltaic systems. The biggest problem encountered in obtaining energy from photovoltaic systems is low energy efficiency and high cost. Therefore, in this study, the suitability of crystal structures formed by adding different atoms to dye sensitive solar cells, which are new generation solar cells, , to dye sensitive solar cells was investigated. Sn, Ca, Mg and Al elements were added to the TiO2 base by using the Quantum Espresso simulation program. The atomic structures, total energy, band gaps and state densities of the crystal structures (TiO2Sn, TiO2Ca, TiO2Mg and TiO2Al) formed by these elements added to the TiO2 base were investigated. Then, similar properties of the crystal structures (TiO2Sn2, TiO2Ca2, TiO2Mg2 and TiO2Al2) formed by adding two Sn, Ca, Mg and Al elements to the base of TiO2 were investigated again. The reason for adding one atom and then two atoms to the TiO2 base is to observe whether the properties of the crystal structures will change or not. As a result, by analyzing the data of crystal structures, it has been discussed in detail whether these structures are suitable for solar cell applications.