Ultrasonik sprey piroliz yöntemiyle farklı alttaş sıcaklıklarında üretilen nio ince filmlerin karakterizasyonu
Characterization of nio thin films produced at different substrate temperatures usingultrasonic spray pyrolysis method
Yazar: FERHAT ÖZÇELİK
Danışman: DOÇ. DR. DURMUŞ ALİ ALDEMİR
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Elektriksel karakterizasyon = Electrical characterization ; Sensörler = Sensors ; Yarı iletken güneş pili = Semiconductor solar cell ; İnce filmler = Thin films

Özet:
Bu çalışmada, farklı alttaş sıcaklıklarında ultrasonik sprey piroliz yöntemi kullanılarak üretilen NiO ince filmlerin karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Ultrasonik sprey piroliz yöntemi, NiO ince filmlerin üretimi için etkili bir yöntem olarak bilinmektedir. Araştırmanın amacı, bu filmlerin yapısal, morfolojik ve elektro-optik özelliklerini ayrıntılı bir şekilde analiz etmek ve alttaş sıcaklığının bu özellikler üzerindeki etkisini belirlemektir.

Çalışma kapsamında, 250 °C ile 400 °C arasında değişen alttaş sıcaklıklarında NiO ince filmler üretilmiştir. Filmlerin; X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve ultraviyole-görünür-yakın kızılaltı spektroskopisi gibi çeşitli karakterizasyon teknikleri ile yapısal, morfolojik ve elektro-optik analizleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizler alttaş sıcaklığının artmasıyla NiO ince filmlerin yapısal özelliklerini etkilediğini göstermiştir. SEM görüntülerinden düşük alttaş sıcaklıklarında film yüzeylerinin daha pürüzsüz olduğu belirlenmiştir. Band aralığı değerleri 3.50 eV ile 3.70 eV arasında belirlenmiştir. ITO (Indiyum Kalay Oksit) üzerine farklı alttaş sıcaklıklarında biriktirilen NiO ince filmler kullanılarak ITO/NiO/P3HT:PCBM/Al organik güneş pilleri üretilmiştir. En yüksek güç dönüşüm verimi 250 °C'de biriktirilen NiO filmler için %1.3*10^-3 olarak elde edilmiştir. Şampiyon hücrenin; açık devre gerilimi, kısa devre akım yoğunluğu ve dolum çarpanı sırasıyla 0.16 V, 37.46 uA/cm2 ve %21.52 olarak bulunmuştur.

Bu çalışma, ultrasonik sprey piroliz yöntemi kullanılarak farklı alttaş sıcaklıklarında üretilen NiO ince filmlerin özelliklerine ilişkin değerli bilgiler içermektedir. Bu bulgular, sensörler, güneş pilleri ve şeffaf iletken elektrotlar gibi çeşitli uygulamalar için NiO ince filmlerinin geliştirilmesine katkı sağlayacaktır.

Abstract:
In this study, the characterization of NiO thin films produced by the ultrasonic spray pyrolysis method at different substrate temperatures was carried out. The ultrasonic spray pyrolysis method is recognized as an effective technique to produce NiO thin films. The objective of the research is to comprehensively analyze the structural, morphological, and electro-optical properties of these films and to determine the effect of substrate temperature on these properties.

Within the scope of the study, NiO thin films were produced at substrate temperatures ranging from 250 °C to 400 °C. The Structural, morphological and electro-optical analyzes of the films were carried out with various characterization techniques such as X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and ultraviolet-visible-near infrared spectroscopy. Analyzes have shown that increasing the substrate temperature affects the structural properties of NiO thin films. From SEM images, it was determined that the film surfaces were smoother at lower substrate temperatures. Band gap values were determined between 3.50 eV and 3.70 eV. ITO/NiO/P3HT:PCBM/Al organic solar cells were produced using NiO thin films deposited on ITO at different substrate temperatures. The highest power conversion efficiency was obtained as      1.3*10^-3% for NiO films deposited at 250 °C. The open circuit voltage, short circuit current density and fill factor of the campion cell were found to be 0.16 V, 37.46 uA/cm2 and 21.52%, respectively.

This research provides valuable information about the properties of NiO thin films produced at different substrate temperatures using the ultrasonic spray pyrolysis method. These findings could be important for the development of NiO thin films for various applications such as sensors, solar cells, and transparent conductive electrodes.