Ultrasonik sprey piroliz yöntemiyle ZnO-CuO kompozit filmlerin üretilmesi, elektriksel ve optik özelliklerinin belirlenmesi
Production of ZnO-CuO composite films by ultrasonic spray pyrolysis method and determination of their electrical and optical properties
Yazar: BURAK ERTAŞ
Danışman: PROF. DR. ERCAN KARAKÖSE
Kayseri Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Teknolojik ve endüstriyel uygulama alanlarına sahip sistemlerde yer alan optoelektronik cihazlar özellikle fotovoltaik piller genellikle saydam bir elektrot kullanımı gerektirir. Son yıllarda daha kolay uygulanabilen ve daha düşük maliyetli olan uygun yöntemlerle üretilebilen çinko oksit (ZnO) ve bakır oksit (CuO) tabanlı TCO malzemeleri dikkat çekmektedir. ZnO, oda sıcaklığında büyük eksiton bağlanma enerjisine (60 meV) ve geniş bant yapısına (3.37 eV) sahip bir yarıiletken malzemedir.  Diğer taraftan 1,5 eV'luk dar bir optik bant aralığına sahip olan bakır oksit (CuO), oda sıcaklığında önemli bir p tipi yarı iletkendir. Diğer malzemelerle karşılaştırıldığında, CuO pek çok teknolojik uygulamalarıyla uygun maliyetli ve toksik olmayan bir malzemedir. CuO, mükemmel pseudo kapasitans davranışı, nanoskala düzeyinde üretim kolaylığı ve element bolluğu nedeniyle dikkat çekmektedir. Genellikle tek bir tür metalle üretilen TCO malzemelere kıyasla üstün fiziksel ve kimyasal özellikler gösterirler. Bu çalışmada literatürde ilk kez Ultrasonik Sprey Piroliz (USP) Yöntemiyle ZnO-CuO kompozit filmler üretilmiş, elektriksel ve optik özellikleri karakterize edilmiştir. ZnO örnekleri düzgün hegzagonal nano çubuklardan oluşmaktayken, CuO numuneleri küçük nano noktalardan oluşmaktadır. ZnO-0.5CuO ve ZnO-1.0CuO kompozit filmler ise nano çubuklar üzerinde nano noktalardan oluşmaktadır. Numunelerin elektriksel iletkenlikleri incelendiğinde CuO numunesinin diğer numunelere kıyasla daha yüksek iletkenliğe sahip olduğu, katkılı numunelerde ise ZnO-1.0CuO numunesinin ZnO-0.5CuO numunesinden daha iyi iletkenliğe sahip olduğu tespit edilmiştir. ZnO, CuO, ZnO-0.5CuO ve ZnO-1.0CuO numunelerinin bant aralığı enerji değerleri sırasıyla 3.35±18, 1.32±14, 2.97±15 ve 2.77±12 eV ölçülmüştür.  
Anahtar Kelimeler: Ultrasonik Sprey Piroliz Yöntemi, ZnO, CuO, XRD

Abstract:
Optoelectronic devices in systems with technological and industrial applications, especially photovoltaic batteries, generally require the use of a transparent electrode. In recent years, zinc oxide (ZnO) and copper oxide (CuO) based TCO materials, which can be produced by suitable methods that are easier to apply and lower cost, have attracted attention. ZnO is a semiconductor material with large exciton binding energy (60 meV) and broad band structure (3.37 eV) at room temperature.  On the other hand, copper oxide (CuO), which has a narrow optical band gap of 1.5 eV, is an important p-type semiconductor at room temperature. Compared to other materials, CuO is a cost-effective and non-toxic material with many technological applications. CuO has attracted attention due to its excellent pseudo capacitance behavior, ease of fabrication at the nanoscale level and elemental abundance. They show superior physical and chemical properties compared to TCO materials, which are usually produced with a single type of metal. In this study, ZnO-CuO composite films were fabricated by Ultrasonic Spray Pyrolysis (USP) for the first time in the literature and their electrical and optical properties were characterized. The ZnO samples are composed of uniform hexagonal nanorods, while the CuO samples are composed of small nanodots. ZnO-0.5CuO and ZnO-1.0CuO composite films consist of nanodots on nanorods. When the electrical conductivities of the samples were analyzed, it was found that CuO sample had higher conductivity compared to other samples, while ZnO-1.0CuO sample had better conductivity than ZnO-0.5CuO sample in doped samples. The band gap energy values of ZnO, CuO, ZnO-0.5CuO and ZnO-1.0CuO samples were 3.35±18, 1.32±14, 2.97±15 and 2.77±12 eV, respectively.  
Keywords: Ultrasonic Spray Pyrolysis Method, ZnO, CuO, XRD Translated with DeepL.com (free version)