Tellür katkılı Cu(In,Ga)Se2 ince filmlerinin üretimi ve bazı yapısal, optik ve elektrik özelliklerinin incelenmesi
The fabrication and investigation of some structural, optical and electrical properties of tellerium doped Cu(In,Ga)Se2 thin films
Yazar: YAVUZ ATASOY
Danışman: PROF. DR. EMİN BACAKSIZ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmanın ilk bölümünde iki-aşamalı bir yöntem kullanılarak, Mo kaplı cam altlıklar üzerine kaplanan Te/In/Cu/Ga/NaF/Se tercihli katman yapıları farklı sıcaklıklarda (475, 580 ve 600°C) tavlandı ve Cu(In1-xGax(Se1-y,Tey)2 (CIGST) ince filmleri için optimum üretim şartları belirlendi. Ayrıca, ön tavlama işleminin, 600°C'de 1 saatte üretilen CIGST bileşiklerinin yapısal özelikleri üzerine etkisi araştırıldı. XRD sonuçlarına göre, tavlama sıcaklığının artmasıyla yapıdaki faz ayrışımının büyük oranda ortadan kalktığı ve tek fazlı CIGST filmlerinin kalkopirit yapıda büyüdüğü görüldü. SEM fotoğraflarından, Te katkısının artmasıyla ikili tabaka yapısının ortadan kalktığı ve film yüzeyinin daha düzgün hale geldiği tespit edildi. Ön tavlama işleminin, Te katkılı filmlerin özelliklerini olumsuz etkileyerek faz ayrışımına neden olduğu belirlendi. Çalışmanın ikinci aşamasında ise, Mo kaplı esnek altlıklar üzerine kaplanan prekürsör katmanları 600°C'de farklı sürelerde ısıl işlem yapılarak CIGST filmleri üretildi. EDS analizlerinde, elektrodepolama ve hızlı tavlama (5°C/s) yöntemi kullanılarak Mo folyo altlıklar üzerine üretilen CIGST katmanlarının kompozisyon kontrolünün ve morfolojik özelliklerinin, cam altlıklar üzerinde üretilen filmlerden daha iyi olduğu tespit edildi. Farklı geliş açılı XRD verileri kullanılarak yapılan hesaplamalarda Te katkılı filmlere ait derinliğe bağlı In/Ga kompozisyon değişiminin, Se katkılı filmlere göre daha homojen olduğu belirlendi. Ga dağılımını daha iyi kontrol edebilmek için CIGS bileşiğinin içerisine %5-%25 aralığında değişen oranlarda Te katkılamanın uygun olabileceği sonucuna ulaşıldı.

Abstract:
In the first part of this study, the preferred layer structures of Te/In/Cu/Ga/NaF/Se deposited on Mo coated glass substrates were annealed at different temperatures (475, 580 and 600°C) using a two-stage process and optimum fabrication conditions for Cu(In1-xGax(Se1-y,Tey)2 (CIGST) thin films were determined. In addition, the effect of pre-annealing process on the structural properties of CIGST compounds which were produced at 600°C for 1 hour was investigated. According to the results of XRD, CIGST films were seen to grow in the chalcopyrite structure and it was observed that the phase separation of the structure was abandoned in a large proportion with the increase of the annealing temperature. SEM images showed that increasing of Te addition gives raise to become smoother surface of the film by removing the doubled layer structure on the film surface. Pre-annealing process was found to cause phase separation by adversely affecting the properties of Te-doped films. In the second part of the study, CIGST films were produced on Mo coated flexible stainless steel substrates at 600°C for different durations. EDS analyzes revealed that the compositional control and the morphological properties of the CIGST layers grown on the metal foil substrates using electrodeposition and rapid thermal annealing (5°C/s) were superior to the films obtained on glass substrates. It has been determined that the variation of In/Ga composition due to the depth of Te-doped films is more homogenous than that of Se doped films in calculations using different incident angle XRD data. To better control the Ga distribution, the result of Te-doping at a rate ranging from 5% to 25% within the CIGS compound has been achieved.