Silisyum nanotel dizileri üzerine büyütülen Ge 
nanoparçacık katkılı ZnO heteroeklem güneş 
gözelerinin geliştirilmesi
Development of Ge nanoparticles embedded 
ZnO heterojunction solar cells grown on 
silicon nanowire arrays
Yazar: ALİ EMRE GÜMRÜKÇÜ
Danışman: DOÇ. DR. ABDULLAH CEYLAN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada magnetron sputter tekniği ile düzlemsel ve nanotel geometrideki p
tipi Si alttaşlar üzerine büyütülen Ge nanoparçacık katkılı ZnO ince filmlerin
yapısal özellikleri araştırıldı. Ge nanoparçacıkların kuantum sınırlama etkisi ile
bant yapısındaki değişim ve dikine geometri yardımıyla ışığın daha iyi
tuzaklanması mekanizmalarından yararlanarak fotovoltaik verimi yüksek ince film
yapılar elde edilmeye çalışıldı. İnce film kaplamalar reaktif ve reaktif olmayan
ortamlarda gerçekleştirilerek büyütme koşullarının yapı üzerindeki etkileri
incelendi. Reaktif ve reaktif olmayan ortamlarda hazırlanan örnekler, 3 dk süre ile
Ge kaplandı ve 600℃ 'de 60s RTA iĢlemi ile tavlanarak Ge nanoparçacıklar elde
edildi. Hazırlanan örneklerde ZnO ve Ge ince filmler sırasıyla r.f ve d.c hedefler ile
kaplandı. Yapısal karakterizasyonlar X ıĢını Kırınımı (XRD), Raman saçılması,
İkincil İyon Kütle Spektroskopisi (SIMS) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM)
teknikleri ile gerçekleştirildi. XRD ve Raman analizleri sonucunda reaktif ortamda
yapılan kaplamalarda yapıda bulunan Ge'un hem kübik (DC-Ge) hem de
tetragonal (ST-12) kristal yapıya sahip olduğu, reaktif olmayan kaplamalarda ise
sadece DC-Ge yapısının olduğu bulundu. ST-12 yapısına sahip Ge
nanoparçacıkların ZnO ince filmlerin arasına katkılanarak daha kolay olarak elde
edilebilmesi, gelecekte geliştirilebilecek yeni nanokompozit ince filmlerin
optoelektronik uygulamalara katkı sağlayacağı düşünülmektedir. Nanotel
geometrideki alttaşlar üzerine ince film büyütme işlemi hedeflenen şekilde
gerçekleştirilemedi. Ara kesit SEM görüntüleri ile ZnO ve Ge tabakaların Si
nanoteller arasına girmeden boşluklu yapı oluşturarak büyüdüğü belirlendi.

Abstract:
The magnetron sputter technique was applied to investigate the properties of Ge
nanoparticles embedded on ZnO thin films, which were grown on p type Si
substrate and p type Si nanowires substrate. The change of Ge band gap by the
quantum confinement effect and the vertical type geometry of substrate, which are
better at light emitting were the mechanisms we applied to obtain highly efficient
photovoltaic thin films. These thin films were coated at reactive and non-reactive
conditions in order to test the effects of growth conditions on the films. Prepared
samples were coated with Ge for 3 minutes and annealed with rapid thermal
annealing (RTA) process at 600℃. The ZnO and Ge thin films were coated with r.f
and d.c targets. X-Ray Diffraction (XRD), Raman scattering, Secondary Ion Mass
Spectrometry (SIMS) and Scanning Electron Microscope (SEM) were used for the
structural characterization. The results of XRD and Raman analysis revealed that
the coatings performed at reactive conditions were resulted both cubic (DC-Ge)
and tetragonal (ST-12) Ge crystals whereas at non-reactive conditions only DC-Ge
crystals were formed. A simple way of obtaining Ge nanoparticles with ST-12
geometry by embedded them on ZnO thin films initiates that further developed
novel nanocomposites can be promising for the future applications of
optoelectronic devices. The growth of thin films on nanowire geometry was failed.
The results of SEM spectroscopy showed that ZnO and Ge layers did not get into
Si nanowires and thus form holes in the structure.