Photocatalytic performance of doped ZnO and its application in dye sensitized solar cell (DSSC) as photoanode

Bu tezde selenyum dioksit katkılı çinko oksit (%1, 3, 5) ve katkısız ZnO, sonikasyon destekli sol-jel yöntemiyle ilk kez sentezlenmiştir. Bu malzemeler farklı analiz teknikleri ile (XRD, BET, DRS, AFM, SEM, FTIR) karakterize edilmiştir. Bu katalizörlerin fotokatalitik aktivitesini incelemek için model kirletici olarak Metilen mavisi kullanılmıştır. Fotodegradasyon esnasında reaksiyon mekanizması hidroksil (•OH) ve süperoksit (•O2−) radikallerinden etkilenmektedir. Elde edilen katalizör varlığında, radikallerin ortamda oluşumu radikal yakalayıcılar kullanılarak araştırılmıştır. Burada hidroksil radikali için benzoik asit (BA) ve süperoksit anyon radikali için trifenilfosfin (PPh3) tercih edilmiştir. Yakalama deneylerinin sonuçları farklı analizler ile de desteklenmiş ve süperoksit radikallerinin organik kirleticilerin parçalanmasında önemli rol oynadığı görülmüştür. Fotokatalitik performans sonuçlarından %1 SeO2/ZnO katalizörü metilen mavisi boyasının bozunmasında en iyi sonucu sergilemiştir ve 105 dakikalık görünür bölge ışımasından sonra yaklaşık %95 bozunma göstermiştir. En iyi sonuçları veren %1 SeO2/ZnO'nun fotokatalitik aktivitesinin, katalitik döngü sayısı ile arttığı gözlemlenmiştir. Bozunma yüzdelerinin ikinci tekrarda (birincisine göre) 1,6 kat, üçüncü tekrarda (yine birinciye göre) 2,1 kat daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Tez çalışmasının ikinci (DSSC) uygulamasında ise, sentezlenen %1 SeO2/ZnO ve ZnO nanomalzemeleri kullanılarak boya duyarlı güneş hücreleri gerçekleştirilmiştir. Burada duyarlılaştırıcı olarak doğal boyalar (kurkumin ve kına) ve N719 kullanılmıştır. Üretilen boya duyarlı güneş hücrelerinin akım-voltaj (J-V) ve IPCE ölçümleri analiz edilmiştir. Sonuç olarak DSSC’ler arasında %1 SeO2/ZnO ve N719 boyasıyla oluşturulan hücreden % 0.7’lik bir verim elde edilmiştir. Yine %1 SeO2/ZnO ve kurkumin boyasıyla oluşturulan hücreden ise % 0.3’lük bir verim sağlanmıştır.In this thesis, selenium dioxide doped zinc oxide (1, 3, 5%) and undoped ZnO were synthesized by sonication assisted sol-gel method. These materials were characterized by different analysis techniques (XRD, BET, DRS, AFM, SEM, FTIR). To study the photocatalytic activity of these catalysts, methylene blue was used as a model contaminant. Since the reaction mechanism is affected by hydroxyl (•OH) and superoxide (•O2−) radicals during photodegradation, the effect of these radicals was investigated using scavengers. Here, benzoic acid (BA) is preferred for the hydroxyl radical and triphenylphosphine (PPh3) is preferred for the superoxide radical. The results of the capture experiments were also supported by different analyzes and it was seen that superoxide radicals play an important role in the degradation of organic pollutants. From the photocatalytic performance results, the 1% SeO2/ZnO catalyst showed the best degradation of Methylene blue dye and showed approximately 95% degradation after 105 minutes of visible light irradiation. It was observed that the photocatalytic activity of 1% SeO2/ZnO, which gave the best results, increased with increasing nuMMer of catalytic cycles. It was determined that the degradation percentages were 1.6 times higher in the second cycle (compared to the first) and 2.1 times higher in the third cycle (again compared to the first). In the second (DSSC) application of the thesis, dye-sensitized solar cells were realized by using synthesized 1% SeO2/ZnO and ZnO nanomaterials. Here, natural dyes (curcumin and henna) and N719 were used as sensitizers. The current-voltage (J-V) and IPCE measurements of the produced dye-sensitized solar cells were analyzed. As a result, 0.7% efficiency was obtained from the cell formed with 1% SeO2/ZnO and N719 dye among DSSCs. Again, 0.3% efficiency was obtained from the cell formed with 1% SeO2/ZnO and curcumin dye