SnS tabanlı heteroeklem yapıların hazırlanması, güneş hücresi ve fotosensör özelliklerinin incelenmesi
Preparation of SnS based heterojunction structures, investigation of solar cell and photosensor properties
Yazar: HAMİT ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. FERHAT ASLAN
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Buharlaşma = Evaporation ; Fotosensörler = Photosensors ; Güneş pilleri = Solar cells ; Magnetron = Magnetron ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Bu tez çalışmasında, p tipi yarıiletken özellik gösteren SnS tozunun, literatürde yer alan üretim tekniklerine göre nispeten daha düşük sıcaklıklarda farklı bir toz hazırlama yöntemiyle elde edilebileceği gösterildi. Laboratuvar ortamında sentezlenen SnS tozundan, termal buharlaştırma ile molibden kaplı ve kaplanmamış cam altlıklar üzerine büyütülerek SnS ince filmler üretildi. Molibden kaplı altlık üzerinde hazırlanan filmlerin kristalleşmelerinin amorf yapıdaki cam altlığa göre daha iyi olduğu görüldü. XRD ve Raman ölçümlerine göre her iki altlık üzerinde büyütülen ince filmler SnS2 ve Sn2S3 gibi yabancı fazları içermediği görüldü. Numunelerin optik analizleri sonucunda, 700 nm dalga boyunda ~ 8 x 104 cm-1'i aşan yüksek bir soğurma katsayısına sahip olduğu görüldü. Ayrıca, optik ve elektriksel ölçümler, SnS ince filmlerinin p-tipi yarıiletkenlik sergilediğini ve heteroeklem güneş pillerinde ve ~ 1.5 eV' lik istenen bir yasak bant aralığına sahip kendi gücüyle çalışan fotodedektörlerde kullanılabileceğini göstermektedir. Ag/SnS/CdS/ITO/cam yapılı güneş pili için 1.5 mA/cm2 kısa devre akım yoğunluğu, 113 mV açık devre voltajı ve % 0.05 verim elde edildi. Hazırlanan kendinden beslemeli Ag/SnS/CdS/ITO/cam yapılı fotodedektörün açık/kapalı akım oranı, besleme olmaksızın ~ 28316 kadar yüksek olduğu ölçüldü. Öte yandan, kendinden beslemeli fotodetektör cihazının spesifik tespit (D) değerinin, substrat sıcaklığı ayarlanarak 1.2 x 108 ve 1.2 x 1011 Jones arasında ayarlanabileceği gösterildi. Besleme olmaksızın 15 mA/W kadar yüksek bir foto yanıt (R) elde edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, it has been shown that SnS powder, which has p-type semiconductor properties, can be prepared with a different powder preparation method at relatively low temperatures compared to the production techniques in the literature. SnS thin films were produced from SnS powder synthesized in the laboratory, by thermal evaporation, by growing on molybdenum-coated and uncoated glass substrates. It was observed that the crystallization of the films prepared on the molybdenum-coated substrate was better than the amorphous glass substrate. According to XRD and Raman measurements, thin films grown on both substrates did not contain foreign phases such as SnS2 and Sn2S3. Optical examination of the samples showed it to have a high absorption coefficient exceeding ~8 x 104 cm-1 at a wavelength of 700 nm. Furthermore, optical and electrical measurements show that SnS thin films exhibit p-type conductivity and can be used in heterojunction solar cells and self-powered photodetectors with a desired band gap of ~1.5 eV. 1.5 mA/cm2 short circuit current density, 113 mV open circuit voltage and 0.05% efficiency were obtained for Ag/SnS/CdS/ITO/glass structured solar cell. The on/off current ratio of the prepared self-powered Ag/SnS/CdS/ITO/glass-structured photodetector is as high as ~28316 at zero bias. On the other hand, it has been shown that the dedectivity of the self-powered photodetector device can be adjusted between 1.2 x 108 and 1.2 x 1011 Jones by adjusting the substrate temperature. A responsivity value as high as 15 mA/W was obtained at zero bias.