Kimyasal banyo biriktirme yöntemi ile üretilen nanoyapılı CdS ince filminin eksiton bağlanma enerjisinin belirlenmesi
Study of the exciton binding energy of nanostructured CdS thin film fabricated by chemical bath deposition method
Yazar: AYKUT KÜÇÜKBAŞ
Danışman: PROF. DR. MEVLANA CELALETTİN BAYKUL
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Kadmiyum sülfür = Cadmium sulfide

Özet:
Nanomalzemeler 0 boyutlu, 1 boyutlu, 2 boyutlu ve 3 boyutlu olmak üzere dört farklı grupta sınıflandırılabilir. Güneş pillerinde pencere malzemesi olarak kullanılan ince filmler 2 boyutlu nanomalzemeler sınıfına girmektedir. Bu çalışmada Güneş pillerinde pencere malzemesi olarak da kullanılan II-VI yarıiletken bileşiği olan CdS üretilmiştir.

CdS ince filmleri kimyasal banyo biriktirme (CBD) yöntemi ile cam alttaş üzerine biriktirilmiştir. CBD yönteminde banyo sıcaklığı 80℃'de sabit tutulmuştur ve biriktirme işlemi toplam 80 dakika sürmüştür. Elde edilen CdS ince filmlerinin yapısal, optik ve morfolojik özellikleri sırasıyla XRD (X-ışını kırınımı), UV-vis (Ultraviyole-görünür) spektroskopisi, SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) ile incelenmiştir. Elementel analiz ise EDS (Enerji Dağılımlı Spektroskopi) kullanılarak yapılmıştır. XRD verilerine bakıldığında CBD yöntemi ile üretilen CdS ince filminin kübik yapıda olduğu görülmektedir. UV-vis sonuçlarına göre ince filmin yasak enerji bant aralığı ise Tauc methodu uygulanarak 2.46 eV olarak bulunmuştur. Elliott-Toyozawa teorisi kullanılarak yasak enerji bant aralığı 2.46 ve eksiton bağlanma enerjisi 4.1 meV olarak bulunmuştur. 

Bu tez çalışmasında CdS ince filmlerini CBD yöntemi ile üretilmiş ve elde edilen ince filmlerin nanokarakterizasyon ile optik, yapısal ve morfolojik özellikleri incelenmiştir. CBD yönteminin ucuz ve kolay uygulanabilir olması üretim maliyetlerini düşürmüştür.

Abstract:
Nanomaterials can be classified into four different groups: zero-dimensional, one-dimensional, two-dimensional, and three-dimensional. Thin films used as window materials in solar cells fall into the category of two-dimensional nanomaterials. In this study, CdS, a II-VI semiconductor compound that is also used as a window material in solar cells, was produced.

CdS thin films were deposited on glass substrates using the chemical bath deposition (CBD) method. The bath temperature in the CBD method was kept constant at 80℃, and the deposition process lasted a total of 80 minutes. The structural, optical, and morphological properties of the obtained CdS thin films were examined using XRD (X-ray diffraction), UV-vis (Ultraviolet-visible) spectroscopy, SEM (Scanning Electron Microscopy), respectively. Elemental analysis was performed using EDS (Energy Dispersive Spectroscopy). According to the XRD data, the CdS thin film produced by the CBD method has a cubic structure. Based on the UV-vis results, the band gap of the thin film was found to be 2.46 eV using the Tauc method. Using the Elliott-Toyozawa theory, the band gap energy was obtained to be 2.46 eV and the exciton binding energy was obtained as 4.1 meV.

In this thesis, CdS thin films were produced by the CBD method, and the optical, structural, and morphological properties of the obtained thin films were examined through nanocharacterization. The low cost and easy applicability of the CBD method reduced production costs.