Katı hal sinterleme yöntemi ile üretilen halojen perovskit bileşiklerin fotodedektör ve mekanik özelliklerinin analizi
Analysis of photodetector and mechanical properties of halogen perovskite compounds produced by solid state sintering method
Yazar: ÖZGE OKTAY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ UTKU UZUN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ İSMAİL CİHAN KAYA
Tarsus Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Son yıllarda yapılan çalışmalar, halojen perovskit bileşiklerin gösterdikleri fotodedektör performansı ile şu an ticari olarak kullanılan dedektör malzemelerinin yerine geçebileceğini göstermiştir. Halojen perovskit bileşikler, organik-inorganik ve inorganik olmak üzere iki ana gruba ayrılabilir. Organik-inorganik perovskitler ile umut vaat eden dedektörler üretilmiş olmasına rağmen, bu bileşiklerin nem, oksijen, ısı, ışık, elektrik alan gibi dış faktörlerden etkilendiği ve kararsız oldukları bilinmektedir. Bu nedenle, inorganik perovskit bileşikler kullanılarak üretilen dedektörler ön plana çıkmaktadır. İnorganik perovskitler içerisinde, çalışmalar özellikle çift perovskit olarak da adlandırılan Cs2AgBiBr6 üzerine yoğunlaşmaktadır. Çalışmaların büyük çoğunluğunun, bu malzemelerin tek kristal olarak üretimi üzerine odaklandığı görülmektedir. Böylesi bir üretim günler sürmekte ve sentezlenen numunelerin şekil, boyut ve kalınlığı üretim sırasında kontrol edilememektedir. Buna ek olarak, üretim sırasında asidik solüsyonlar veya yüksek sıcaklıklar kullanılması da bu yöntemin dezavantajları olarak düşünülebilir. Diğer taraftan ticarileşme potansiyeli yüksek olan bu malzemeleri, katı hal sinterleme yöntemi ile herhangi bir solüsyon kullanmadan istenilen şekil ve kalınlıkta, çok daha kısa sürelerde plaka formunda üretmek mümkündür. Yapılan bu tez çalışmasında, çok kristalli, kübik yapıya sahip çift perovskit Cs2AgBiBr6 bileşiği katı hal sentez yöntemi ile pelet şeklinde farklı yaklaşımlar kullanılarak  üretilmiştir. Pelet formunda üretilen numunelerin fotodedektör özelliklerini (duyarlılık (R) ve dedektivite (D*)) belirlemek amacıyla karanlıkta ve 532 nm lazer ışığı altında akım-voltaj (I-V) ve akım-zaman (I-t) ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Öğütme ve tavlama adımları sonrası saf bir şekilde sentezlenen Cs2AgBiBr6 bileşiğinin tekrar öğütülerek, preslenmesi ve 20 saat 350 °C sıcaklıkta sinterlenmesi sonrası en iyi fotodedektör performansı elde edilmiştir.  Ardından bu numunenin yapısal dayanımının yeterliliğini anlamak için nanoindentasyon yöntemi ile mekanik özellikleri analiz edilmiştir. Nanoindentasyon yöntemi ile malzemenin temel mekanik özellikleri olan sertlik (H) ve elastisite modülü (E) değerleri Oliver-Pharr yöntemi kullanılarak elde edilmiştir. Deneylerin sonucunda elde edilen değerler literatürdeki diğer perovskit malzemeler ve tek kristal Cs2AgBiBr6 örneklerinden elde edilen değerler ile kıyaslanmıştır.

Abstract:
Recent studies have shown that halide perovskite compounds could replace commercially used detector materials due to their superior photodetector performance. Halide perovskite compounds can be divided into two main groups, organic-inorganic and inorganic. Although promising detectors have been produced using organic-inorganic perovskites, these compounds are known to be susceptible to external factors such as humidity, oxygen, heat, light, and electric fields, making them unstable. Therefore, detectors produced using inorganic perovskite compounds are more prominent. Among the inorganic perovskites, studies have focused particularly on Cs2AgBiBr6, also known as double perovskite. Most studies focus on the production of these materials as single crystals. Production of these materials in this way takes days. Moreover, the shape, size, and thickness of the samples cannot be controlled during the synthesis. Other disadvantages of these methods are using acidic solutions or high temperatures during the synthesis. On the other hand, these materials with a high potential for commercialization can be fabricated by solid-state sintering with desired shape and thickness in a shorter time without using any solvent. In this study, polycrystalline, cubic structure double perovskite Cs2AgBiBr6 was produced by solid state sintering method in pellet form using different approaches. In order to determine the photodetector properties (responsivity (R) and detectivity (D*)) of the produced samples in pellet form, current-voltage (I-V) and current-time (I-t) measurements were performed in the dark and under 532 nm laser light. The best photodetector performance was obtained after the pure synthesized Cs2AgBiBr6 compound was again grinded, pressed and sintered at 350 °C for 20 hours after grinding and annealing steps. Then, the mechanical properties of this sample were analyzed by nanoindentation method to understand the adequacy of the structural strength of the material. With the nanoindentation method, the values of hardness (H) and modulus of elasticity (E) values, which are the basic mechanical properties of the material, were obtained using the Oliver Pharr method. The values obtained as a result of the experiments were compared with the values obtained from other perovskite materials and single crystal Cs2AgBiBr6 samples in the literature.