Geri Dön

ZNS ve Cu2ZNS4(CZTS) ince filmlerin sentezi, karakterizasyonu ve optoelektronik uygulamaları

Synthesis, characterization and optoelectronic applications of ZNSand Cu2ZNS4(CZTS) thin films

PDF İndir

  1. Tez No: 892123
  2. Yazar: ZEKİYE ABA
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ABDULLAH GÖKTAŞ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Yarı iletken ince filmler, Semiconductor thin films
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Harran Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Çinko sülfür (ZnS), optoelekronik cihazlar için en önemli yarı iletkenlerden biridir. Genellikle çevre dostu özelliğinden dolayı yüksek verimli Cu2ZnSnS4(CZTS) güneş hücrelerinde tampon tabaka olarak kullanır. Bu tez çalışmasında yapılan tüm filmlerin hepsi sol-jel daldırarak kaplama tekniği ile sentezlenmiştir. Bu çalışmada ilk kez ZnS1-xNaxS, Zn1-xSnxS ve Zn1-xLaxS (x=%0-15) ince filmleri çözelti tabanlı sol-jel metodu ile cam ve Si (fiziksel olarak aşındırılmış) altlıklar üstünde 6000c'de vakum ortamında üretilerek Na+, Sn+2, ve La+3 katkılarının ve katkı oranlarının yapısal, optiksel ve lüminesans özelliklerine etkisi incelenmiştir. Benzer biçimde CZTS ince filmleri de sol-jel yöntemiyle farklı sıcaklıklarda (400, 450, 500 ve 5500C) aynı altlıklar üzerinde büyütüldü. Hazırlanan her iki tip ince filmlerin fiziksel özellikleri XRD, Raman, SEM, AFM, XPS, EDX, haritalama fotolüminesans, UV-Vis spektroskopisi, Hall etkisi, akım-voltaj(I-V) ölçüm sistemleri ve solar sümilatör ölçüm sistemleri ile karakterize edildi. Hazırlanan ZnS1-xNaxS, Zn1-xSnxS ve Zn1-xLaxS (x=%0-15) ince filmlerinin karma kübik ve altıgen ZnS polikristal fazına sahip olduğu fakat baskın (111) kübik düzlemi boyunca yüksek tercihli yönelime sahiptirler. Bu film grubu içerisinde Zn1-xSnxS ince filmlerin kristal kalitesinin daha yüksek olduğu anlaşıldı. Her üç filminde yüzey morfolojisi homojen ve yoğundur. FTIR, XPS, ve EDX analizi sonuçları üç film grubunda da ZnS bağ oluşumu ve Zn+2, Na+, Sn+2, La+3, katkı tür ve oranlarıyla beraber ZnS ince filminin optik yasak bant aralığı değeri ve fotolüminesans şiddeti değişim gösterdi. Bu filmlerde p/n tipi Si üzerine kaplanan filmlerin I-V grafiklerinin omik olmayan davranış sergilemesinin p-n eklem oluştuğunu göstermektedir. Diğer taraftan hazırlanan CZTS ince filmlerinin (112) yönelimli karakteristik CZTS kesterit faz yapısında kristallendiği gözlemlendi. Kristallenme derecesi tavlama sıcaklığına ve süresine bağlı olarak değişti. Yüzey ve elementsel analiz sonuçları CZTS film yüzeylerinin homojen fakat pürüzlü olduğunu ve Cu, Zn, Sn,ve S atomlarını belirli oranda içerdiğini gösterdi. Optik ölçüm sonuçları soğrulma şiddetinin ve aynı zaman n-tipi Si üstüne kaplanan film örneklerinin I-V ölçümleri omik olmayan davranış sergilemiştir. p ve n tipi Si üzerine hazırlanan güneş hücrelerinde anlamlı bir verim elde alınmamakla birlikte sadece bir CZTS tabanlı güneş hücresinde çok az da olsa verim elde edilmiştir. Anlamlı bir verimin elde edilememesinin sebebi kaçak devre akımları, hazırlanan filmlerdeki mikro çatlaklar ve soğurucu CZTS katman kalınlığı olarak tespit edilmiştir.

Özet (Çeviri)

Zinc sulfide (ZnS) is one of the most important semiconductors for optoelectronic devices. It is generally used as a buffer layer in high-efficiency Cu2ZnSnS4(CZTS) solar cells due to its environmentally friendly properties. All thin films made in this thesis study were synthesized using the sol-gel dip coating technique. In this study, fort the first time, ZnS1-xNaxS, Zn1-xSnxS and Zn1-xLaxS (x=%0-15) thin films were produced by solution-based sol-gel method on glass and Si (physically etched) substrates in a vacuum environment at 6000C. The effect of the Na+, Sn+2 and La+3 and their doping ratios on the structural, optical and luminescence proporties were examined. Similarly, CZTS thin films were grown on the same substrates at different temperatures (400, 450, 500 and 5500C) by the sol-gel metod. The physical properties of both types of the prepared thin films were characterized by XRD, Raman, SEM, AFM, XPS, EDX, mapping, photoluminescence, UV-Vis spectroscopy, Hall effect, current(I)-voltaj(V) measurement systems and solar simulator. The prepared ZnS1-xNaxS, Zn1-xSnxS and Zn1-xLaxS (x=%0-15) thin films have a mixed cubic and hexagonal ZnS polycrytalline phase but have a highly preferred orientation along the dominant (111) cubic plane. Among this film group, it was understood that the crystalline quality. The optical bandgap value and photoluminescence intensy of the ZnS thin film changed with the Na+, Sn+2, La+3 dopant types and ratios. Among these films, the I-V graphs of the films coated on the p/n type Si exhibit non-ohmic behavior, indicating that a p-n juntion was formed. On the other hand, it was observed that the prepared CZTS thin films crystallization varied depending on the annealling temperature and duration. Surface and elemental analysis results showed that CZTS film surface was homogeneous but rough and contained Cu, Zn, Sn and S atoms in certain proportions. Optical measurement reslts showed that the absorption intensity and band gap (1.3-1.8 eV) varied depending on the anneling temperature, duration and the used substrate. In addition, electrical measurements results showed that the CZTS semiconductor had p-type conductivity and at the same duration, I-V measurements of the film samples coated on the n-type Si exhibited non-ohmic behavior. Although no significant efficiency was obtained in the solar cells prepared on p- and n- type Si, only a very low efficiency was obtained in a CZTS based solar cell. The reasons for not achieving a significant efficiency was determined to be leakage current, microcracks in the prepared films and thickness of the absorptive CZTS layer.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    421103

    Synthesis of copper zinc tin sulfide CZT(S,Se) with solution based method and formation and characterization of CZT(S,Se) thin films for photovoltaic application

    Solüsyon yöntemiyle CZTS sentezi ve fotovoltaik devreler için CZTS ince film oluşturma ve film özelliklerini inceleme

    RIDVAN ERĞUN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ELİF ÜLKÜ ARICI

  2. Tez No

    438596

    Modifiye edilmiş nanoparçacıkların ve kesterit yapılı nanofiberlerin hidrojen üretiminde kullanımı

    The use of hydrogen production of modified nanoparticles and kesterite nanofiber structures

    MEHMET KEREM GÖNCE

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    EnerjiSelçuk Üniversitesi

    Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İMREN HATAY PATIR

  3. Tez No

    861061

    Solution-processed thin film deposition and characterization of multinarychalcogenides: Towards highly efficient Cu2BaSn(S,Se)4 solar devices

    Solüsyon yöntemiyle sentezlenmiş çok elementli kalkojenitlerin ince film kaplama ve karakterizasyonu: Yüksek verimli Cu2BaSn(S,Se)4 bazlı güneş soğuran cihazlara doğru

    BETÜL TEYMUR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Makine MühendisliğiDuke Unıversıty

    Malzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. DAVİD B.MİTZİ

  4. Tez No

    139149

    Kimyasal püskürtme yöntemiyle ZnS ince filmlerinin üretimi ve karakteristik özelliklerinin incelenmesi

    The Production of ZnS thin films prepared by spray pyrolysis and the studied of characteristic properties

    KEMAL ÖZTÜRK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2003

    Fizik ve Fizik MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EKREM YANMAZ

  5. Tez No

    179015

    Kimyasal depolama yöntemi ile elde edilen ZnS yarı iletken filmlerin yapısal, optik ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi

    The investigation of structural optical and electrical properties of ZnS semiconductor films obtained by chemical bath deposition method

    FATMA GÖDE

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2007

    Fizik ve Fizik MühendisliğiAnadolu Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. MUHSİN ZOR

Geri Dön