Çeşitli bakır kalkojenit nanofilmlerinin upd temelli elektrokimyasal kodepozisyon tekniğiyle sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of various copper chalcogenides nanofilms by upd-based electrochemical codeposition technique
Yazar: ZEHRA YAZAR AYDIN
Danışman: PROF. DR. SERDAR ABACI
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Bakır kalkojenitler; güneş pilleri, optik materyaller, süper iyonik iletken fotodedektörler, yarıiletken arka kontak materyalleri, lazerler, fototermal dönüştürücüler, sensörler, katalizörler, lityum iyon bataryaları, termoelektrik cihazlar, optoelektronik cihazlar, gaz sensörleri vb. geniş uygulama alanına sahiptirler. Bu nedenle, günümüzde bu bileşiklerin sentezleri hem teknolojik hem de bilimsel olarak çok önemlidir. Çalışmanın ilk bölümünde bakır, tellür ve selenyumun UPD ve yığın bölgelerindeki elektrokimyasal davranışları araştırılmıştır. Cu ve Te'ün UPD davranışına farklı anyonların etkileri araştırılmıştır. Daha sonra, aynı çözeltiden sabit potansiyelde potansiyel altı depozisyon (UPD) temelli elektrokimyasal kodepozisyon tekniği kullanılarak CuTe, Cu3Se2 ve Cu3Te2Se2 nanofilmleri Au levha, ITO kaplı cam ve ITO kaplı PET substratlar üzerinde sentezlenmişlerdir. Büyütülen filmler X-ışını kırınımı (XRD), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), taramalı elektron mikroskobu (SEM), ultraviyole-görünür bölge (UV–Vis) absorpsiyon spektroskopisi, Raman spektroskopisi ve I-V çalışmaları ile karakterize edilmiştir. Au levha üzerinde depozit edilen nanofilmlerin kimyasal formülleri, XPS aracılığıyla CuTe, Cu3Se2 ve Cu3Te2Se2 olduğu belirlenmiştir. ITO-PET substratlarda büyütülen CuTe, Cu3Se2 ve Cu3Te2Se2 filmlerin SEM görüntüleri nanoboyutlarda ve homojen morfoloji sergilemektedir. ITO-PET substratlarda depozit edilen CuTe, Cu3Se2 ve Cu3Te2Se2 filmlerin bant aralıkları farklı depozisyon süreleri ve potansiyellerine göre belirlenmiştir. Au levha üzerinde depozit edilen CuTe, Cu3Se2 ve Cu3Te2Se2 filmlerin XRD sonuçları, filmlerin kristalin ve tek fazlı olduğunu göstermektedir. ITO cam substratlarda depozit edilen CuTe, Cu3Se2 ve Cu3Te2Se2 Raman spectrumlarında bileşiklere ait titreşim modları kaydedilmiştir. Her üç bileşiğin I-V karakterizasyonu çalışılmıştır. CuTe/ITO ve Cu3Te2Se2/ITO heteroeklemleri diyot modeline uymaktadır, Cu3Se2/ITO heteroeklemi omik davranış göstermiştir. Sonuç olarak, UPD temelli elektrokimyasal kodepozisyon metodu kullanılarak bakır kalkojenitlerin sentezi ucuz ve kolay bir şekilde, atmosferik koşullar altında, kullanımı zor ve pahalı cihazlar gerektirmeksizin gerçekleştirilebilir.

Abstract:
Copper chalcogenides have a wide range of application fields in solar cells, optical materials, superionic-conductivity photodetectors, semiconductor back-contacting materials, lasers, photothermal converters, sensors, catalysts, lithium ion batteries, thermoelectric devices, optoelectronic devices, gas sensors, etc. Therefore, at present, the synthesis of these compounds is very important both technologically and scientifically. In the first part of the study, the electrochemical behaviors of copper, tellüride, and selenide in the UPD and bulk regions were investigated. Effects of different anions were investigated to UPD behaviour of Cu and Te. Subsequently, CuTe, Cu3Se2 and Cu3Te2Se2 nanofilms were synthesized on Au plate, ITO coated PET, ITO coated glass substrates using underpotential deposition (UPD) based electrochemical codeposition from the same solution at a constant potential. The synthesized nanofilms were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM), ultraviolet–visible (UV–Vis) absorption spectroscopy, Raman spectroscopy, and I-V studies. The chemical formulas of the deposited nanofilms on Au plate were identifed as CuTe, Cu3Se2 ve Cu3Te2Se2 by XPS. SEM images of the CuTe, Cu3Se2 and Cu3Te2Se2 films grown on ITO-PET substrates exhibit nanoscales and uniform morphology. The band gaps of the deposited films on ITO-PET substrates were determinated according to different deposition times and potentials. XRD results of CuTe, Cu3Se2 ve Cu3Te2Se2 films deposited on Au plate shows that films are crystalline and single phased. Vibration modes of CuTe, Cu3Se2 ve Cu3Te2Se2 compounds deposited on ITO glass substrates were recorded in the Raman spectrums. I-V characterizations of all three compounds have been studied. CuTe/ITO and Cu3Te2Se2/ITO heterojunctions complied with the diode model, Cu3Se2/ITO heterojunction exhibits ohmic behaviour. Consequently, the synthesis of copper chalcogenides nanofilms using underpotential deposition (UPD) based electrochemical codeposition method can be inexpensively and easily performed under atmospheric conditions  without requiring difficult-to-use and expensive equipment.