Kobalt  katkısının çinko sülfür filmlerinin bazı fiziksel özellikleri üzerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of cobalt doping on some physical properties of zinc sulfur films
Yazar: MALAK ABD ALMUNAF BASHA DABBAGH
Danışman: DOÇ. DR. SALİH KÖSE
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Genel Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Yüksek özdirence ve geniş optik bant aralığına sahip olan çinko sülfür (ZnS) filmlerinin yasak enerji aralığının görünür bölgesi içerisine çekilmesi için, farklı elementler ile katkılama yapabilmekte ve bu sayede fotovoltaik güneş pillerinde pencere materyali olarak kullanılabilecek potansiyele sahip malzemeler üretilebilmektedir. Bu çalışmada,   ZnS'nin içerisine  kobalt katkısının  elektrik, optik, yapısal  ve yüzeysel özellikleri üzerine yaptığı etki incelenmiştir Zn1-xCoxS (0˂x˂20 ml) filmleri kimyasal püskürtme tekniği ile, toplamda 100 ml karışık püskürtme çözeltisi, yüzey alanları 10x26x2 mm2 olan, payreks cam tabanlar üzerinde, çözelti akış hızı ~5 ml/dk püskürtme hızı ile 20 dakika  sürdürülmüştür. Taşıyıcı gaz olarak sıkıştırılmış hava (1-1.5 bar) kullanılmıştır. Her film tek aşamada üretilmiştir. Katkısız ve farklı oranlarda kobalt katkılı ZnS (%5, %10, %15 ve %20) filmleri ultrasonik kimyasal püskürtme tekniği ile ~300°C taban sıcaklığında üretilmiştir. Filmlerinin elektrik, optik, yapısal ve yüzeysel özellikleri üzerine kobalt katkısının etkisi araştırılmıştır. Filmlerin, kalınlıkları 0.70-2.10 µm, elektriksel özdirenç değerleri, 1.64-1.84x1010 Ω cm aralıklarında ölçülmüştür. UV-Vis spelektriksel ektrofotometresi kullanılarak absorbans spektumlarından elde edilen verilerden yasak enerji aralıklarının değerleri optik metot ile 3.58-3.83 eV aralığında belirlenmiştir. Kobalt katkısının yasak enerji aralıklarındaki değişimleri incelenmiştir. Fotolüminesans spektrumlarını kullanılarark, filmlerinin kobalt içeriğine göre elektronik özellikleri belirlenmiştir. Elde edilen filmlerinin, OPT, AFM ve SEM yüzey görüntülerinden kobalt katkısına göre yüzeydeki durumlar ve renk değişimleri tespit edilmiştir. Ayrıca filmlerin elementel  analizleri, atomik ve elementel ağırlıkları kobalt katkısına göre EDS ile incelenmiştir. 
Bu çalışmadaki amacımız, karalı bir yapıya sahip olan ZnS filimlerinin fiziksel özellikleri üzerine kobaltın etkisini incelemek ve bu numunelerin fotovoltaik güneş pillerinde, pencere materyalleri olarak kullanılıp, kullanılamayacağını  araştırmaktır.

Abstract:
Zinc sulfide (ZnS) films, which have high resistivity and wide optical band gap, have the potential to be used as window material in photovoltaic solar cells by doping different elements to attract them into the visible region of the forbidden energy gap. In this study, the effect of cobalt additive in ZnS on electrical, optical, structural and surface properties was investigated. Zn1-xCoxS (0˂x˂20 ml) films were sprayed with a total of 100 ml mixed spray solution on pyrex glass substrates with a surface area of 10x26x2 mm2, with a solution flow rate of ~5 ml/min, for 20 minutes by chemical spraying technique. Compressed air (1-1.5 bar) was used as carrier gas. Each film was produced in a single step. Undoped and different cobalt-doped ZnS (5%, 10%, 15% and 20%) films were produced by ultrasonic chemical spraying technique at a base temperature of ~300°C. The effect of cobalt additives on the electrical, optical, structural and surface properties of the films was investigated. The thicknesses of the films were measured in the range of 0.70-2.10 µm, and the electrical resistivity values were measured in the range of 1.64-1.84x1010 Ωcm. The values of the forbidden energy ranges were determined in the range of 3.58-3.83 eV by optical method from the data obtained from the absorbance spectra using UV-vis spectroscopy. The changes of cobalt additive in forbidden energy ranges were investigated. Using the photoluminescence spectra, the electronic properties of the films were determined according to their cobalt content. The conditions and color changes on the surface were determined according to the cobalt contribution from the OPT, AFM and SEM surface images of the films obtained. In addition, the elemental analysis, atomic and elemental weights of the films were examined by EDS according to the cobalt contribution.
Our aim in this study is to examine the effect of cobalt on the physical properties of stable ZnS films and to investigate whether these samples can be used as window materials in photovoltaic solar cells.