Cu2Sn(S,Se)3 ince filmlerinin üretilmesi ve aygıt özelliklerinin incelenmesi
Production of Cu2Sn(S,Se)3 thin films and investigation of device properties
Yazar: TUĞBA BAYAZIT
Danışman: PROF. DR. MURAT TOMAKİN
Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Bu çalışmada üçlü Cu2SnS3 (CTS), Cu2Sn(SSe)3 (CTSSe) ve Cu2SnSe3 (CTSe) ince filmleri iki aşamalı olarak üretildi. İlk aşamada cam altlık üzerinde Cu2Sn öncül katmanı daldırmalı kaplama yöntemi ile oluşturuldu. Daha sonra hızlı tavlama yöntemi kullanılarak 525 °C, 550 °C ve 575 °C'de sülfürleme-selenleme işlemleri gerçekleştirildi. Üretilen filmlerin yapısal, optik ve elektriksel karakterizasyonu yapılarak CT(S,Se) yapılarına sülfürleme-selenleme sıcaklığının etkisi incelendi. Çalışmanın ikinci kısmında, 550 °C sıcaklığında n-Si altlık üzerinde p-CT(S,Se) yarıiletken ince filmleri iki aşamalı olarak üretildi. Üretilen filmlerin yapısal ve optik ölçümlerinin ardından, Al/n-Si/p-CT(S,Se)/Mo heteroeklem yapısı hazırlandı ve elektriksel ölçümleri gerçekleştirildi. XRD ve Raman ölçüm sonuçlarından hem cam hem de n-Si altlık üzerinde üretilen CT(S,Se) ince filmlerinde farklı kristal fazların oluştuğu ancak monoklinik fazın baskın olduğu belirlendi. dV/dln(I)-I grafiğinden elde edilen verilere göre üretilen diyotlardan en yakın ideal diyot değerine sahip numune p-CTSe (n=2,87) olduğu tespit edildi. Selen katkısının CT(S,Se) yapılarındaki seri direnç (Rs) değerini 8,27102 Ω'dan 2,42102 Ω'a azalttığı görüldü. Cam altlık üzerinde üretilen CTS ince filmine ait optik geçirgenlik eğrilerinde iki bant kenarı geçişi görülürken n-Si altlık üzerinde üretilen CTS ince filminde tek bant kenarı geçişi görüldü. Kapasitans-voltaj ölçüm sonuçlarından yapılan hesaplamalar ile elde edilen taşıyıcı yoğunluğu değerlerinin n-Si/p-CTS, n-Si/p-CTSSe, n-Si/p-CTSe yapıları için sırasıyla 2,701018 cm3, 3,501018 cm3 ve 5,501018 cm3 olduğu tespit edildi.

Abstract:
In this study, ternary compounds Cu2SnS3 (CTS), Cu2Sn(SSe)3 (CTSSe) and Cu2SnSe3 (CTSe) thin films were prepared by two-stage process. In the first stage, the Cu2Sn precursor layer was deposited on the glass substrate by dip coating method. Then, sulfurization/selenization process of precursors was performed via Rapid Thermal Processing at 525 °C, 550 °C and 575 °C temperatures. Structural, optical and electrical characterizations of synthesized thin films have been performed and the effect of sulfurization/selenization temperature on properties of CT(S,Se) thin films was investigated. For the second part of the study, the p-CT(S,Se) semiconductor thin films reacted at 550 °C were selected for device fabrication due to more promising properties amongst the other samples. Al/n-Si/p-CT(S,Se)/Mo heterojunctions structure was formed and electrical characterizations were performed. X-ray diffraction patterns and Raman spectra of the samples showed that both glass/p-CT(S,Se) and n-Si/P-CT(S,Se) thin films had a monoclinic structure as a dominant phase and additionally some secondary phases were also observed. According to the data obtained from the dV/dln(I)-I graph, it was determined that the sample with the closest ideal diode value among the diodes produced was p-CTSe (n=2.87). It was observed that the selenium contribution reduced the series resistance (Rs) value in CT(S,Se) thin films from 8.27102 Ω to 2.42102 Ω. While two band edge transitions were observed in the CTS thin film produced on glass substrate at 525 °C, a single band edge transition was observed in the CTS thin films produced on n-Si wafer. The carrier concentration values obtained from the capacitance-voltage measurements were found 2.701018 cm3, 3.501018 cm3 ve 5.501018 cm3 for n-Si/p-CTS, n-Si/p-CTSSe, n-Si/p-CTSe structures, respectively.