GÜNEÞ IŞINIMLI FOTOKİMYASAL REAKSİYON TEKNOLOJİLERİNDEN ORGANİK GÜNEŞ PİLİ ÜRETİMİNE. Prof. Dr. Sýddýk ÝÇLÝ

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "GÜNEÞ IŞINIMLI FOTOKİMYASAL REAKSİYON TEKNOLOJİLERİNDEN ORGANİK GÜNEŞ PİLİ ÜRETİMİNE. Prof. Dr. Sýddýk ÝÇLÝ"

Iskender Taş
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 GÜEÞ IŞIIMLI FTKİMYASAL REAKSİY TEKLJİLERİDE RGAİK GÜEŞ PİLİ ÜRETİMİE Prof. Dr. Sýddýk ÝÇLÝ Ege Üniversitesi, Güneþ Enerjisi Enstitüsü Bornova, Ýzmir-TURKEY I. GİRİŞ Türkiye, özellikle güney kesimleri olmak üzere yoðun güneþ ýþýnýmý almaktadýr. Biz çalýþmalarýmýzý, son 10 yýl içinde güneþ ýþýnýmlý fotosentez, organik bileþiklerin çözelti ve immobilize katý fazda, direk ve yoðunlaþtýrýlmýþ güneþ ýþýðý altýnda parçalanma çalýþmalarý üzerine yönlendirdik. Bu çalýþmalar, ýþýk altýnda ve termal olarak parçalanmayan, kararlý organik fotosensör pigmentlerin sentezi, fotofiziksel özelliklerinin belirlenmesi, sentezlenen fotosensörler ve inorganik yarýiletkenler ile homojen ve heterojen fazda foto-oksidasyon ve foto-dehidrojenasyon reaksiyonlarýný içermiþtir. Son yýllarda sentezlenen organik fotosensörler ile polimer ve sol-jel ince filmlerde immobilize faz solar fotokimyasal çalýþmalarý, bize fotovoltaik teknolojilerine geçiþ þansý vermiþtir. Ýsviçreli araþtýrmacý Graetzel in ürettiði organik boyalý katý faz güneþ pilleri, kendimizin ürettiði organik boyar maddeler (perilen diimidler) ile oluþturulmuþ ve Dünya da henüz ticari ortama girmemiþ olan yeni bir teknoloji Ülkemizde geliþtirilmiþtir. Sol-jel matriks içerisinde daðýtýlan perilen diimid türevi organik pigment, termal olarak 300 C ye kadar kararlý ve güneþ ýþýðý altýnda parçalanmadýðý tespit edilmiþtir. Katý elektrolit sistemi uygulanmýþtýr. Pigment, kristal tane boyutu nm aralýðýnda olan nanokristal yapýlý sol-jel filmi içerisine homojen bir þekilde yayýlmýþtýr. Ti2 filminin nanokristal yapýlý olmasý elde edilen akýmý yükselmesini saðlamaktadýr. da sýcaklýðýndaki perilen diimid güneþ pillerinden, Au veya Pt kaplý elektrotlar kullanarak 250 W gücündeki halojen lamba ýþýnda Isc = 10 ma/cm2 kýsa devre akýmý ve Voc = 0.4 V açýk devre gerilimi elde edilmiþtir. II. SUÇLAR ve TARTIÞMA Direkt ve Yoðunlaþtýrýlmýþ Güneþ Iþýnýmlarý Altýnda Fotosentezler ve Fotodegradasyon Çalýþmalarý Direkt ve yoðunlaþtýrýlmýþ güneþ ýþýnýmlarý altýnda fotosentezler ve fotodegradasyon çalýþmalarý çözeltiler içinde ve immobilize fazlar içinde gerçekleþtirilmiþlerdir. Bu çalýþmalarda laboratuarlarýmýzda sentezlenmiþ olan ýsýya ve ýþýða dayanýklý organik pigmentlerin ve inorganik yarý-iletkenlerin fotofiziksel parametreleri tayin edilmiþ, fotooksidasyon reaksiyonlarý homojen ve heterojen fazlar içinde incelenmiþtir1,2. Deðerli kimyasallarýn yoðunlaþtýrýlmýþ güneþ ýþýnýmlarý 1

Biz çalýþmalarýmýzý, son 10 yýl içinde güneþ ýþýnýmlý fotosentez, organik bileþiklerin çözelti ve immobilize katý fazda, direk ve yoðunlaþtýrýlmýþ güneþ ýþýðý altýnda parçalanma çalýþmalarý üzerine

2 altýnda fotooksidasyon reaksiyonlarý ile üretimi güneþ enerjisinin etkin olduðu Akdeniz bölgesi Ülkeleri için gelecekte ekonomik deðer yaratabilecektir. Yine ayný bölge Ülkeleri için kimyasallarýn yoðunlaþtýrýlmýþ güneþ ýþýnýmlarý altýnda fotodegradasyon reaksiyonlarý ile kirli sularýn arýtýlmasý da temiz enerji kaynaklý bir su tasarrufu teknolojisi olabilecektir. Bu amaçla laboratuarlarýmýzda fotodegradasyon çalýþmalarý suda çözünebilen perilen diimidler; perilene 4- karboksilfenil-bis-diimid(peca) ve,`-bis(12-sulfoaminododesil)-3,4,9,10- perilentetrakarboksidiimid (SULFAPER) ile yürütülmüþtür1,3. Her iki katalizör yoðunlaþtýrýlmýþ güneþ ýþýnýmlarý altýnda ( sun-kat arttýrýlmýþ) olaðanüstü oranda kararlýdýrlar. Su içindeki pestisit kirliliklerinin güneþ radyasyonu altýnda PECA ve SULFAPER-sensitize fotooksidasyon reaksiyonlarýnda paraçalandýðý ve organik kimyasallarýnda daha küçük moleküler yapýlara dönüþtüðü izlenmiþtir. Rose oksit deðerli parfüm katký maddesi ilk kez Schenk4 tarafýndan lamba ýþýnýmlarý altýnda fotosentez ile elde edilmiþtir. Ancak güneþ ýþýnýmlarý altýnda ticari üretim çabalarý kullanýlan pigmentin kararsýz olmasý nedeni ile baþarýlý olamamýþtýr. Ürettiðimiz kararlý aromatik diimid fotosensör pigmentleri ile (dehidroabietil perilen diimid ve n-butil naftalen diimid) yoðunlaþtýrýlmýþ güneþ ýþýnýmlarý altýnda ( sun), sitronellol den rose oksit yüksek verimde ( 80 %) elde edilebilmiþtir5 (Figür 1). Bu sonuç güneþ ýþýnýmlarý altýnda deðerli kimyasallarýn ticari üretimi için yeni bir yol göstermektedir. H 2 C (Dehydroabietyl) (Dehydroabietyl) Dehidroabietil perilen diimid-abiper Dehidroabietil grubu H 3 C(H 2 C) 11 (CH 2 ) 11 2

3 -Dodesilnaftalen diimid nafthalen diimid-buap) Fotooksidasyon çalýþmalarýmýz diðer organik kimyasallar ile devam etmektedir; benzokumarinler, diketopirrolopiroller6,7. Fig. 1. Ege Üniversitesi Güneþ Enerjisi Enstitüsünde ki Yoðunlaþtýrýlmýþ Güneþ Iþýnýmlarý cihazý, Fix Focus FF 3.5 HTC GmbH, Almanya yapýmý. Su içindeki fenol zehirli maddesi kirliliðinin fotodegradasyon ise trated yoðunlaþtýrýlmýþ güneþ ýþýnýmlarý altýnda fotoaktif oksitler; Ti2, Zn ve Fe23 ile gerçekleþtirilmiþtir.8 Direkt güneþ ýþýnýmlarý altýnda Ti2 in Zn ve Fe23 e kýyasla çok daha güçlü fotodegradasyon yapabildiði izlenmiþtir. Ancak yoðunlaþtýrýlmýþ güneþ ýþýnýmlarý altýnda, sun, Zn in Ti2 kadar reaktif olduðu ve fenol ü sulu çözeltide kýsa sürede tamamaen parçaladýðý görülmüþtür. (Figür 2). Bu sonuç aktif Ti2 e kýyasla çok daha ucuz ve ekonomik olan Zn in kirli sularýn yoðunlaþtýrýlmýþ güneþ ýþýnýmlarý de-kontamine edilebilmesi için uygun bir fotosensör olduðunu göstermektedir. 3

Su içindeki fenol zehirli maddesi kirliliðinin fotodegradasyon ise trated yoðunlaþtýrýlmýþ güneþ ýþýnýmlarý altýnda fotoaktif oksitler; Ti2, Zn ve Fe23 ile gerçekleþtirilmiþtir.

4 % Phenol Irradiation time, minutes Fig. 2. Fenol ün ilk 1x10-4 M konsantrasyonundan Ti2(o), Zn ( ) and Fe23 ( ) ile yoðunlaþtýrýlmýþ güneþ ýþýnýmlarý altýnda fotodegradasyonu (40-50 sun). Ýmmobilize faz içinde fotokimyasal çalýþmalardan rganik Güneþ Pili Üretimine Sentezlediðimiz fotosensörlerin immobilize katý fazlar: ince polimer filmler ve solgel filmleri içinde fotofiziksel ve fotokimyasal özellikleri incelenerek, foto-elektron tarnsferinin mekanizmasý ve etkinliði aydýnlatýldý. Fotosentez metodu geliþtirme amaçlý yapýlan bu çalýþmalarýn gerçekte organik pigmentli güneþ pillerinin esasý olduðu daha sonra anlaþýldý. Ýlk uygulamamýz 4-(p-, -dimetilamino fenil metilen)- 2- fenil-5-oksazolon (DP), bir azlakton türevi ile gerçekleþtirildi. Bir tersinir ph optik sensörü plastikleþtirilmiþ PVC filmlerde ve sol-gel ince filmlerde oluþturuldu9,10. Sensör membran was tamamen transparent olarak ph 1-7 arasýnda renk deðiþimi ile hassas ph ölçümünü saðladý. α Terpinen fotooksidasyonu ise, -di-dodesilperilen- 3,4,9,10-bis(dikarboksimid), -DDEPER, ve, -di-(1-dehidroabietil)perilen- 3,4,9,10-bis(dikarboksimid), ABIPER, fotosensörleri ile gerek homojen asetonitril çözeltisinde ve gerekse heterojen faz PVC and sol-gel ince flimler yüzeylerinde gerçekleþtirildi11. Bu çalýþmalrýn sonucunda Graetzel türü yeni bir organik pigmentli güneþ pili laboratuarlarýmýzda hazýrlandý12,13. rganik pigment, perilen diimid türevi, sol-gel matriks içinde çözülerek homojen nanoristalin (tane büyüklüðü nm) Ti2 sol-gel fazý hazýrlandý. Elektrolit ve yarý iletken katmanlarý tamamlanan pilde kýsa devre fotoakým Isc = 10 ma, ve açýk devre fotovoltaj Voc= 0.4 V deðerlerine 1 cm2 yüzeyde ulaþýldý. Au or Pt electrotlu pilin 250 W halogen lamba radyasyonu altýnda oda sýcaklýðýnda ölçümler gerçekleþtirilerek kýyaslandý. Referanslar 4

fotokimyasal özellikleri incelenerek, foto-elektron tarnsferinin mekanizmasý ve etkinliði aydýnlatýldý.

5 (1) S. Ýçli, Þ. Demiç B. Dindar, A.. Doroshenko and C. Timur, Photophysical and photochemical properties of a water soluble perylene diimide derivative, J. Photochem. Photobiol: A Chem., 136(1-2), 15 (2000). (2) S. Alp, Þ. Erten, C. Karapire, B. Köz, A.. Doroshenko and S. Ýçli, Photoinduced energy-electron transfer studies with naphthalene diimides J. Photochem. Photobiol: A Chem., 135(2-3), 103 (2000). (3)H. Dincalp and S. Icli, Photoinduced electron transfer-catalyzed oxidations of some olefins with a new perylenediimide derivative in the acidic and basic media, submitted to Dyes & Pigments. (4) G. hloff, E. Klein and G.. Schenk, Angew. Chem., 73, 78 (1961). (5) Haluk Dincalp and Sýddýk Içli, Photosynthesis of rose oxide under concentrated sunlight in the absence of singlet oxygen, J. Photochem. Photobiol: A Chem., 141,147 (2001). (6)Hakan Kolancýlar, Canan Karapire, Ülkü yman and Sýddýk Içli, Fluorescence emission studies with 6- and 6,7-benzocoumarins and a 5,6-benzochromone, J. Photochem. Photobiol: A Chem., 153, 173 (2002). (7) S. Alp, K. Ertekin, M. Horn, S. Ýçli, Photostability studies of synthesised fluorophore pyrrolo[3,4-c]pyrrol-1,4-diones, to be published. (8) B. Dindar and S. Ýçli, Unusual photoreactivity of Zn under concentrated sun light, J. Photochem. Photobiol: A Chem., 140, 263 (2001). (9) K. Ertekin, S. Alp, C. Karapire, B. Yenigül, E. Henden and S. Ýçli, Fluorescence emission studies of an azlactone derivative embedded in polymer films: an optical sensor for ph measurements, Photochem. Photobiol: A Chem., 137, 155 (2000). (10) K. Ertekin, C. Karapire, S. Alp, B. Yenigül and S. Ýçli, Azlactone dye molecule as an optical ph sensor in sol-gel matrix, Dyes & Pigments, 56, 125 (2003). (11) C. Karapire, C. Timur, S. Ýçli, A comparative study on photophysical and photochemical properties of perylenediimides in liquid phase, PVC and Sol-Gel host matrices, Dyes & Pigments, 56, 135 (2003). (12) A. Hagfeldt and M. Graetzel, Acc. Chem. Res., 33, 269 (2000). (13) S. Icli, C. Zafer, B. Kuban and Y. Teoman, Patent: rganic Dye Solar Cells, T. Sise Cam Fabrikalari A.S., Applied, Austrian patent office,

, 135(2-3), 103 (2000). (3)H. Dincalp and S.

Benzer belgeler

ÖZGEÇMİŞ EĞİTİM BİLGİLERİ. Derece Bölüm/Program Üniversite Yıl Y. Lisans Fen Bilimleri Enstitüsü Dokuz Eylül Üniversitesi 2001 Doktora

ÖZGEÇMİŞ EĞİTİM BİLGİLERİ. Derece Bölüm/Program Üniversite Yıl Y. Lisans Fen Bilimleri Enstitüsü Dokuz Eylül Üniversitesi 2001 Doktora ÖZGEÇMİŞ Yazışma Adresi: Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Enerji Sistemleri Mühendisliği 70100 Karaman/Türkiye Telefon: 0 3382262000/2209 e-posta: kozbanu@gmail.com EĞİTİM BİLGİLERİ