Fotovoltaik aygıt veya malzemelerde modüle foto-admittans spektroskopisi
Modulated photo-admittance spectroscopy in photovoltaic device or materials
Yazar: ÖZCAN BİRGİ
Danışman: DOÇ. DR. A. SERTAP KAVASOĞLU
Muğla Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Heteroeklem aygıtların, aygıt uygulamalarını geliştirmek için serbest yüklerden arındırılmış bölgedeki tuzak durum yoğunluğu üzerine detaylı bilgi edinmek oldukça önemlidir. Bundan dolayı ilk kez tuzak durum yoğunluğu hesabı için modüle foto-admittans spektroskopisi tekniği a-Si:H/c-Si heteroeklem aygıt yapısında kullanılmıştır. a-Si:H/c-Si aygıt TUBİTAK Ulusal Meteroloji Enstitüsü'de kimyasal biriktirme yöntemi kullanılarak üretilmiştir.Foto-admittans deneyine başlamak için DC akım voltaj karakteristiği ve AC admittans spektroskopisi ölçümlerinden elde edilen bazı parametrelerin bilinmesi gerekir. a-Si:H (n)/c-Si (p) yapının DC akım enjeksiyon mekanizmasının incelenmesi amacıyla sıcaklık bağımlı (100-320 K aralığında) akım gerilim (I-V-T) ölçümleri yapılmıştır. İleri besleme I-V-T ölçümleri, heteroeklemin Schottky eklem gibi davrandığını göstermektedir. Sıcaklık bağımlı diyot faktörü tünellemenin desteklediği yeniden birleşme akım mekanizmasının geçerli olduğunu göstermiştir ve gerilim bağımlı diyot faktöründen kusur durum yoğunluğu 1014 eV-1cm-2 mertebesinde bulunmuştur. Aydınlık akım gerilim ölçümleri sadece açık devre gerilimi ve kısa devre akımı verilerini belirlemek için kullanılmıştır.Bu çalışmada sıcaklık bağımlı admittans spektroskopisi ölçümleri yapılarak a-Si:H (n)/c-Si (p) aygıt yapısının AC akım enjeksiyonu incelendi. Kapasitans-frekans ölçümlerinde pn eklemlerde gözlemlenmeyen negatif kapasitans (NK) gözlemlenmiştir. NK etkisini düzeltmek için bir eşdeğer devre modeli önerdik (Denklem 1.150). Düzeltme işleminden sonra, kapasitans frekans verilerindeki negatif kapasitans etkilerinin düzeltildiği görüldü.Yarıiletken aygıtların elektronik performanslarının arttırılması için yük dağılımı ve iletimini anlamak oldukça önemlidir. Bu amaçla, literatürde ilk kez a-Si:H/c-Si heteroeklem yapısına foto-admittans tekniği uygulanmıştır. Bu deneylerde güneş gözesi, sinüsoidal modüle edilmiş monokromatik ışık kaynağı ile aydınlatılmıştır. Serbest taşıyıcıların tuzak seviyeleri ile etkileşimi nedeniyle, modüle edilmiş kısa devre akımı ile ışık uyarımı arasında bir faz farkı oluşmaktadır. Kısa devre akımı ve faz kayması ölçümlerinden foto-admittans ifadesine ulaşılmıştır. Foto-admitans spektroskopisi, modüle edilmiş foton akısı ile ölçülen kısa devre akımı arasındaki ilişkiyi gösterir. Foto-admittans spektroskopisinden elde edilen veriler ve Hattori vd. `nin (1992;1994) geliştirdiği analitik metotlar kullanılarak 3 boyutlu tuzak durum yoğunluğu hesaplanmıştır.

Abstract:
It is very important to obtain detailed information on the traps state distribution in the depletion region of heterojunction devices to improve their further device application. Photo-admittance technique has been used for the first time in order to determine the density of trap states (DOS) in a-Si:H/c-Si heterojunction device structure. a-Si:H/c-Si devices were fabricated using the Plasma Enhanced Vapor Deposition (PECVD) technique in UME-TURKEY.Starting photo-admittance experiment device related parameters should be known. These parameters can be gathered by DC current-voltage and AC admittance spectroscopy measurements. Temperature dependent (range of 100-320 K) current-voltage (I-V-T) measurements have been performed in order to investigate DC current injection mechanisms of a-Si:H/c-Si structure. Forward bias I-V-T data shows that heterojunction behaves like Shottky junction. It?s found that tunelling enhanced recombination is valid using temperature dependent diode factor and interface state density was found order of 1014 eV-1cm-2 from bias dependent diode factor. Temperature dependent illuminated current voltage data have been used only to determine open circuit voltage and short circuit current data.In this study, the AC current injection mechanisms of a-Si:H/c-Si device structure has been investigated performing temperature dependent admittance spectroscopy measurements. In capacitance-frequency measurements, nontrival negative capacitance (NC) was observed. We have suggested equivalent circuit model (Eq. 1.150) to correct NC effect. After correction process, it?s shown that NK effect is corrected in capacitance-frequency data.Understanding charge seperation and transport is important to increase electronic performace of semiconductor device. For this purpose, we have applied for the first time photo-admittance technique on a-Si:H/c-Si heterojunction device. In this experiments, the device were lightened with sinusoidally modulated monochromatic light. Measured short circuit current have exhibited phase shift reffered to light excitation due to interaction of the free carriers with trap states. We have reached photo-admittance from short circuit current and phase shift data. The photo- admittance introduces the connection between modulated light intensity and measured short circuit current. 3-D trap density of states has been calculated by using photo-admittance data and Hattori at all. (1992;1994) analitical approach.