Çinko-oksit (ZnO) ince filmlerin sentezlenmesi ve fotovoltaik özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and investigation of photovoltaic properties of zinc-oxide thin films
Yazar: AHMET MUHAMMED AKBAŞ
Danışman: DOÇ. DR. ABDULLAH CEYLAN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışma p-tipi Si alttaş üzerine magnetron sputter tekniği ile büyütülen ZnO ve ZnO:Ge incefilmlerin yapısal, optik ve elektriksel özelliklerinin araştırılmasını kapsamaktadır. Kuantum sınırlama etkisi ile bant yapısının değişeceği beklenen Ge nanoparçacıkların ZnO içerisine katkılanması ile fiziksel özelliklerin nasıl değiştiğinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla reaktif ve reaktif olmayan şartlarda büyütülen ZnO incefilm katmanlar arasına çok ince Ge katmanlar büyütülmüş bu katmanlara 600°C'de 60 saniye hızlı tavlama işlemi uygulanarak Ge nanoparçacıkların oluşması sağlanmıştır. Reaktif ve reaktif olmayan büyütme koşullarında büyütülen ve ısıl işlem uygulanan örneklere diyot fabrikasyonu yapılmış ve elektriksel özellikler incelenmiştir. İnce filmlerin yapısal karakterizasyonları XRD, SEM ve Raman Spektroskopisi ile yapılmıştır. Spektral tepkileri fotolüminesans (PL) ölçümleriyle belirlenmiştir. Aydınlık ve karanlık koşullarda yapılan akım-gerilim (I-V) ölçümleriyle örneklerin Ge katkılamaya, tavlamaya ve ZnO büyütme işleminin reaktif olup olmamasına bağlı davranışları ve performansları incelenmiştir. Üretilen diyotların güneş simülatöründe açık devre gerilimi ve kısa devre akım ölçümleri yapılmıştır. İnce film örneklerinde film direnci, katkılamayla ve tavlamayla düşüş göstermektedir. Reaktif örneklerin direnç değerleri reaktif olmayanlara göre yüksek olmaktadır. Yapılan açık devre voltajı ölçümünde 239 mV'a ulaşan değerler elde edilirken kısa devre akımı ölçüm limiti olan 10 nA'in altında kalmıştır.

Abstract:
This work includes the investigation of structural, optical and electrical properties of ZnO and ZnO:Ge thin films deposited onto p type Si substrates with reactive and non-reactive magnetron sputtering processes. It is aimed to determine how do the physical propreties of thin films change with quantum confinement effect that changes the band structure of Ge doped into ZnO films. For this purpose, very thin Ge layers was deposited between ZnO thin film layers deposited under reactive and non-reactive conditions and Ge nanoparticles was occured by annealing of these layers at 600°C for 60 seconds. Diode fabrications have been done onto samples deposited under reactive and non-reactive conditions and applied annealing processes, and the electrical properties of them heve been investigated. Structural characterizations of films synthesized have been performed with XRD, SEM and Raman Spectroscopy. Spectral responses of the films have been performed with photoluminescence (PL) spectral measurements. And the electrical properties of films and heterojunction diodes have been investigated with the IV measuremant under dark and illuminated ambient, the beahviours and performans of samples depending on doping, annealing and reactivity of processes have been investigated. Open circuit voltages and short circuit currents of the diodes produced have been measured under solar simulator. The resistivity of the films decreases with doping and annealing porcesses. The resistivity of flms deposited with reactive processes are higher than non-reactive processes'. While the open cricuit voltages can reach 239 mV, the short circuit currents stays under the measurement limit of 10 nA.