İnce film CIGSe yüzeylerinin naf biriktirme sonrası fotospektroskopik yöntemlerle incelenmesi
The investigation of CIGSe thin film surface properties after naf post-deposition treatment
Yazar: ALİ VALA MIZRAK
Danışman: PROF. DR. FEHİM FINDIK
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Enerji = Energy ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Sürdürülebilir enerji = Sustainable energy ; Yarı iletken güneş pili = Semiconductor solar cell ; Yarı iletken ince filmler = Semiconductor thin films ; Yarı iletkenlik = Semiconductivity ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Bu çalışmada, NaF biriktirmenin, CIGSe ince film yüzeyler üzerindeki etkisi fotoelektron spektroskopisi yöntemleri kullanılarak araştırılmıştır. Numuneler hazırlanarak sisteme yüklendikten sonra, ölçüm ve kaplama döngüleri boyunca, deneyler nihayete erene kadar çok yüksek vakum şartları asla bozulmamıştır.

Yüzey bölgelerdeki kompozisyon değişiklikleri XPS yöntemiyle incelenirken; iş fonksiyonu, ϕ, ve valans bant maksimum, EVBM, değerleri ise UPS yöntemiyle analiz edilmiştir. Bu şekilde, kademeli olarak (0,1 nm)  yüzeyde NaF biriktirme sonucu yüzey özelliklerinde meydana gelen değişimler, detaylı bir şekilde araştırılmıştır.

HZB'nin bir alt kurumu olan PvcomB tarafından, CIGSe ince film tabakaları, 3 aşamalı co-evaporasyon metoduyla, Mo kaplı soda-kireç cam levhalar üzerinde biriktirilmiştir. Yapılan XRF ölçümü neticesinde, CGI oranı 0,85 olan, yani Cu'ca fakir ince filmler elde edildiği tespit edilmiştir.

 Numuneler daha sonra, belli ölçülerde ufak dikdörtgen parçalar halinde kesilerek sisteme yüklemeye uygun boyutlara küçültülmüş ve %3'lük KCN (potasyum siyanür) çözeltisi ile 3 dakika süreyle dağlanmış, akabinde ise saf su ile yıkanıp durulanarak, en son yüksek saflıktaki azot gazı akışı altında kurutulmuşlardır. 

Analiz edilecek olan yüzeylerin kirlenmesine müsaade edilmeden sisteme yüklenen kaplanmamış numunelerin XPS ve UPS ölçümleri yapılmış, ilk ölçümleri takiben, 0,1 nm kalınlığında NaF kaplama, efüzyon hücresi vasıtasıyla, vakum şartları bozulmadan, malzeme yüzeyine tatbik edilmiş ve ölçümler her kaplama basamağında tekrarlanmıştır. Bu döngü, nihai aşamada 0,5 nm kaplama kalınlığı elde edilene kadar tekrar edilmiş ve ölçümler sonlandırılmıştır.

Yapılan analizler neticesinde, CIGSe ince film yüzeyler üzerinde NaF biriktirmenin malzeme yüzeyindeki kimyasal kompozisyonu değiştirdiği ve bunun da, malzemenin elektriksel özelliklerine etki ettiği anlaşılmıştır.

Abstract:
In this study, the effect of NaF post-deposition treatment on CIGSe surfaces was investigated. After installing the samples into the load lock for XPS/UPS analysis, the UHV condition was never broken.

The composition changes on the surface layer was investigated via XPS, besides that work function and valance band maximum were analyzed with UPS.

The substrates were taken from an institution named PvcomB, which is a party foundation under HZB. The samples had a CGI ratio of 0,85 which reveals Cu depletion on the surface. After etching the surface with KCN (%3) solution, they were washed wtih püre water and dried under nitrogen gas flow.

Afterwars, the samples were loaded into the CISSY which is an analysis system of photoelectron spectroscopy (XPS, UPS).

The depositions of NaF were made with the step of 0,1 nm and in total, 0,5 nm of deposition was carried out. Before the depositions and after the depositions, XPS and UPS analysis were made and Al Kα and He I (X-ray and Ultraviolet Photoelectron) sources were used.

In conclusion, the XPS/UPS analysis of the NaF deposition onto CIGSe surfaces has revealed out that the NaF deposition changes the chemical composition of the surface which alter the electronic properties.