Al/P-Si/ZnO:B4C/Al fotodiyotların sol-jel döndürerek kaplama yöntemi ile üretimi, fototepki ve elektriksel özelliklerinin belirlenmesi
Production of Al/P-Si/ZnO:B4C /al photodiodes by sol-gel spin-coating method, determination of photoresponse and electrical properties properties
Yazar: MAHMUD ALLAVİ
Danışman: DOÇ. DR. TURAN GÜRGENÇ
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Taşıt Tahrik ve Güç Sistemleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Al/P-Si/ZnO:B4C/Al fotodiyotları sol-jel döndürerek kaplama yöntemiyle üretilmiş ve fototepki ile elektriksel özellikleri detaylı olarak incelenmiştir. Çalışmanın amacı, ZnO'ya farklı oranlarda bor karbür (B4C) katkısı yaparak fotodiyotların performansını geliştirmek ve ışığa duyarlılıklarını optimize etmektir. Yapısal ve morfolojik karakterizasyonlar taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımı X-ışını (EDX) analizleriyle gerçekleştirilmiştir. Fotodiyotların akım-gerilim (I-V) karakteristikleri, solar simülatör kullanılarak karanlık ve 20 - 100 mW/cm² aralığındaki farklı ışık yoğunlukları altında test edilmiştir. Deney sonuçları, B4C oranının artmasıyla ters akım değerlerinde belirgin bir artış olduğunu göstermiştir. Üretilen fotodiyotların ışığa karşı duyarlı oldukları belirlenmiştir. 100 mW/cm² ışık yoğunluğunda elde edilen fotoakımlar, 0%, 1%, 3%, 5% ve 10% B4C oranlarına göre sırasıyla 56 x 10-4 A, 16.4x10-5 A, 6.97x10-5 A, 3.43x10-5 A ve 2.67x10-5 A olarak ölçülmüştür. Fotodiyotların ışığa maruz kaldığında fotoakımlarında ani artışlar gözlemlenmiştir. Aydınlatmanın sona ermesiyle fotoakımların hızla başlangıç seviyesine dönmesi, üretilen fotodiyotların tersine çevrilebilir anahtarlama davranışı sergilediğini göstermiştir. B4C katkısının, negatif ön gerilimde yük taşıyıcılarının ayrışmasını azaltarak fotodiyotların ışık duyarlılığını düşürdüğü, ancak doğru öngerilimde daha kararlı akım değerleri sağladığı tespit edilmiştir. Sonuçlar, Al/P-Si/ZnO:B4C/Al kompozit fotodiyotların fotoiletkenlik ve fotovoltaik performans açısından umut vaat eden alternatifler sunduğunu ve bu malzemelerin güneş enerjisi dönüşüm sistemleri ile optoelektronik uygulamalarda yüksek verimli çözümler geliştirilmesine katkı sağlayabileceğini ortaya koymuştur.

Abstract:
In this study, Al/P-Si/ZnO:B4C/Al photodiodes were produced using the sol-gel spin-coating method, and their photoresponse and electrical properties were analyzed in detail. The aim of the study was to enhance the performance and optimize the light sensitivity of the photodiodes by adding various ratios of boron carbide (B4C) to ZnO. Structural and morphological characterizations were performed using scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray (EDX) analysis. The current-voltage (I-V) characteristics of the photodiodes were tested under dark conditions and at different light intensities ranging from 20 to 100 mW/cm² using a solar simulator. The experimental results showed a significant increase in reverse current with increasing B4C content. It was determined that the photodiodes are highly sensitive to light. At 100 mW/cm² light intensity, the photocurrents were measured as 56 × 10⁻⁴ A, 16.4 × 10⁻⁵ A, 6.97 × 10⁻⁵ A, 3.43 × 10⁻⁵ A, and 2.67 × 10⁻⁵ A for 0%, 1%, 3%, 5%, and 10% B4C ratios, respectively. Sudden increases in photocurrent were observed when the photodiodes were exposed to light, and upon termination of illumination, the photocurrents rapidly returned to their initial levels, demonstrating reversible switching behavior. It was found that B4C addition reduced the light sensitivity of the photodiodes under reverse bias by limiting the separation of charge carriers but provided more stable current values under forward bias. The results indicate that Al/P-Si/ZnO:B4C/Al composite photodiodes offer promising alternatives in terms of photoconductive and photovoltaic performance, contributing to the development of high-efficiency solutions for solar energy conversion systems and optoelectronic applications.