CulnSe2-GaAs eklemlerin elektriksel özellikleri
Electrical properties of CulnSe2-GaAs junctions
Yazar: BANU SÜNGÜ
Danışman: PROF. DR. TAYYAR CAFEROV
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2000
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Difüzyon = Diffusion ; Fotovoltaik özellikler = Photovoltaic properties ; Heteroeklem = Heterojunction

Özet:
CIS-GaAs eklemler, CIS filmlerin n-tipi GaAs altlıkların yüzeyine tek kaynaktan vakumda buharlaştırma yöntemiyle hazırlandı. X-ışınları kırınım, x-ışınları floresans, elektron ve optik mikroskopi yöntemleriyle CIS filmlerin ve CIS-GaAs eklemlerinin kristal yapısı, kompozisyonu ve yüzey morfolojisi incelendi. Kalkopirit yapıya sahip olan polikristal CIS filmlerinin örgü parametreleri a=b=5,786 Â; c=l 1,572 Â ve (111) GaAs için a=5,66 Â olarak bulundu. CIS filmlerin (111) GaAs altlıkların yüzeyinde (112) yönünde büyüdüğü gözlendi. CIS-GaAs pillerin akım-gerilim karakteristikleri, fotoduyarlılık spektrumlan ve kapasitans-gerilim karakteristikleri incelendi. Pillerin ışığa duyarlılığı A,=0,35-l,0 um aralığında ve fotovoltaik parametreleri, açık devre gerilimi Voc=467 mV ve kısa devre akım yoğunluğu Jsc=8,9 mA/cm2 olarak bulundu. X-ışınları floresans yöntemiyle, bakır atomlarının CIS filminden GaAs altlığa difüzyonu incelendi ve bakırın GaAs altlıktaki difüzyon katsayısı D= 1.2x1 0"8 cm2/s (520°C için) gözlendi. Termal elektro-motor kuvveti yöntemiyle GaAs altlıkta yaklaşık x=8 um derinlikte p-n homoeklemin varlığı tespit edildi. Başka bir yoldan, GaAs'da akseptör tipli bakır atomlanyla oluşan delik konsantrasyon dağılımı hesaplandı ve benzer şekilde p-n homoeklemin yaklaşık x=8 um derinlikte varlığı tespit edildi. Na difüzyonunun CIS fimlerinin elektrik özelliklerine ve CIS-GaAs pillerin fotovoltaik parametrelerine etkisi araştırıldı. Na atomlarının difüzyonu sonucunda CIS filmlerde delik konsantrasyonu yaklaşık 100 kat arttı, CIS-GaAs pillerinin fotovoltaik parametrelerinde önemli ölçüde (Voc= 370 mV'dan 470 mV'a, Jsc=0,8 mA/cm2'den 5,5 mA/cm2'ye kadar) artış görüldü. İdeal pCIS-pGaAs-nGaAs hetero-homoeklemin enerji band diyagramı çizildi ve bu çalışmada elde edilen bazı sonuçlar enerji band diyagramı ile yorumlandı.

Abstract:
CIS-GaAs heteroj unctions were prepared by evaporation in vacuum CIS films onto the n-type GaAs substrate from a single source. The crystal structure, composition and surface morphology on CIS-GaAs heteroj unctions and CIS films were examined by x- ray diffraction, x-ray fluoresence, electron and optic microscopy methods. The lattice parameters of polycrystal CIS films having a chalcopyrite structure are found to be a=b=5.786Â; c=l 1.572 Â and that of (111) GaAs as a=5.66 Â. It was observed that CIS films were grown on the (1 1 1) GaAs substrate in the direction (112). The current-voltage characteristics, photosensitivity spectra and capacitance-voltage characteristics of CIS-GaAs cells were investigated. The photosensitivity of the cells were found to be in the range A,=0.35-1.0 um and the photovoltaic parameters, namely, the open circuit voltage Voc and the short circuit photocurrent density Jsc were calculated respectively as Voc=467 mV and Jsc=8.9 mA/cm2. The diffusion of copper atoms from CIS film into GaAs substrate was examined by x- ray fluoresence method and the diffusion coefficent of copper was observed to be D= 1.2xl0"8 cm2/s (at 520°C). That it was shown by both the thermal electro-motive force method and as a result of the calculation of the distribution of concentration of holes arising from acceptor-type copper atoms in GaAs, that the p-n homoj unction formed at a depth of around x=8 um. The effects of Na diffusion on the electrical characteristics of CIS films and the photovoltaic parameters of CIS-GaAs cells were investigated. As a result of the diffusion of Na atoms into CIS films, a 100-fold increase in the hole concentration and an improvement in the photovoltaic parameters (VOC=370 mV-470 mV, Jsc=0.8 mA/cm2- 5.5 mA/cm2) were observed. The ideal pCIS-pGaAs-nGaAs hetero-homojunction energy band diagram was drawn and some conclusions were interpreted on this diagram.