Çinko sülfür ince filmlerin üretimi, karakterizasyon ve güneş pillerinde kullanımı
Fabrication, characterization and solar cell applications of zinc sulfide thin films
Yazar: ÜNZİLE ULUTAŞ
Danışman: DOÇ. DR. SERÇO SERKİS YEŞİLKAYA
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Çinko sülfür = Zinc sulfide ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Güneş pilleri, yarı iletken bir diyot olarak çalışan, ışık enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren fotovoltaik aygıtlardır. Güneş pilleri üretiminde kullanılan malzemelerin pahalı olması ve üretiminde karşılaşılan zorluklar nedeniyle araştırmalar inorganik ince filmler üzerinde yoğunlaşmıştır.
Bu tez çalışmasında; fotovoltaik güneş pillerinde pencere katmanı olarak ZnS ve elektron taşıyıcı tabaka olarak CuInS2 inorganik yarıiletken ince filmleri kolay, ucuz ve büyük yüzeylere uygulanabilir olması nedeniyle sprey piroliz yöntemi ile üretilmiştir. Bant aralık enerjisi ve direnç gibi filmlerin optik ve elektriksel özellikleri cihaz performansını doğrudan etkilediği için filmlerin yapısal, optik ve elektriksel özellikleri üzerinde katkı, tavlama sıcaklığı, tavlama süresi, molarite, altlık sıcaklığı ve film kalınlığı etkileri incelenmiştir. ZnS ince filmleri üzerinde bor, indiyum, potasyum ve sodyum katkısının etkileri incelenmiş ve bor, potasyum, ve sodyum katkıları ZnS filmlerine ilk kez bu tez çalışmasında uygulanmıştır. Ayrıca CuInS2 ince filmleri üzerinde bor katkısı, sülfür miktarı ve KCN etkisi araştırılmıştır. Bu etkiler sonucunda ZnS ince filmlerinin yasak bant aralıklarının 3.20 eV – 3.89 eV, ve CuInS2 ince filmlerinin yasak bant aralıklarının ise 1.26 eV – 1.51 eV değerleri arasında değiştiği görülmüştür. Böylece ZnS ve CuInS2 ince film özelliklerinin katkı ve tavlamayla değiştirilebileceği gösterilmiştir. Bu geniş bant aralığı, farklı çalışma gereksinimleri ve optoelektronik cihazların tasarımı için çok önemlidir. Sonuç olarak üretimi planlanan aygıt için uygun parametrelere sahip film seçimi yapılabilir.
Anahtar Kelimeler: Güneş pilleri, ZnS, CuInS2, sprey piroliz, doping

Abstract:
Solar cells are photovoltaic devices that work as a semiconductor diode, that converts light energy into electrical energy. Because of the expensive materials used in the production of solar cells and the difficulties in their production, researches are concentrated on inorganic thin films.
In this thesis; located in the photovoltaic solar cell, as a window layer and the electron carrier layer CuInS2 and ZnS inorganic semiconductor thin films; easy, cheap and can be applied to large surfaces were produced by spray pyrolysis method. Since the optical and electrical properties of films such as band gap energy and resistance directly affect the performance of the device, the effects on the structural, optical and electrical properties of the films, additive, the annealing temperature, the annealing time, the molarity, the substrate temperature and the film thickness effects were examined. The effects of boron, indium, potassium and sodium additives on ZnS thin films were investigated and the boron, potassium and sodium additives were applied in ZnS films for the first time in this thesis study. In addition, boron additives, sulfur amount and KCN effect were investigated on CuInS2 thin films. As a result of these effects, it was seen that the band gap energy of ZnS thin films ranged between 3.20 eV -3.89 eV, and the band gap energy of CuInS2 thin films ranged between 1.26 eV -1.51 eV. Thus, it was shown that ZnS and CuInS2 thin film properties could be changed by doping and annealing. This wide band gap energy range of products is crucial for the design of optoelectronic devices for different operating requirements. As a result, the film can be selected with the appropriate parameters for the device to be produced.
Keywords: Solar cells, ZnS, CuInS2, spray pyrolysis, doping