Farklı sürelerle CdCl2 ortamında ısıl işlem görmüş ince film CdTe/CdS güneş pillerinin elektriksel karakterizasyon yöntemleriyle incelenmesi
Investigation of thin film CdTe/CdS solar cells treated in CdCl2 for different durations by electrical characterization techniques
Yazar: ŞADAN ÖZDEN
Danışman: PROF. DR. HABİBE BAYHAN
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, büyütme sonrası CdCl2 ortamında uygulanan ısıl işlem süresinin Cam/SnO2:F/ZnO/CdS/CdTe/Au hetero eklem güneş pilinin elektriksel özellikleri üzerine olan etkileri, akım – voltaj, empedans ve admitans spektroskopisi ile kuantum verimliliği ölçüm teknikleri kullanılarak incelenmiştir. İncelenen dokuz farklı örnek grubu, sade büyümüş (AG), sadece ısıl işlem görmüş (HT) ve büyütme sonrası 20 dk'dan 180 dk'ya kadar farklı sürelerde CdCl2 ile ısıl işlem görmüş örneklerden oluşmaktadır.
Isıl işlem süresinin 20 dk'dan 145 dk'ya kadar olan artışı ile beraber giderek artan verimlilik değerleri elde edilmiştir. Bu iyileşmelere özellikle V_oc, I_sc ve FF değerlerindeki artışlar yolu ile ulaşılmıştır ve bu nedenle eklem ara yüzünün elektriksel özelliklerinin önemli bir etkiye sahip olduğu ileri sürülmüştür. Tüm aygıtlar, arka kontağın omik olmayan doğasını belirtir şekilde güçlü bir düz – bükülme (roll – over) etkisi göstermektedirler. Karanlık akım – voltaj analizleri, yaklaşık 270 K değerinin üzerindeki sıcaklıklarda iletim mekanizmasının baskın olarak ara yüzde yeniden birleşme mekanizması ile belirlendiğini göstermiştir. Yaklaşık 250 K altında ise tünelleme mekanizmasının varlığı saptanmıştır. Frekans ve sıcaklık bağımlı gerçekleştirilen kapasitans – voltaj çalışmaları, CdTe/CdS ara yüzünde önemli miktarda ara yüz durumlarının ve CdTe tabakası içinde derin tuzak seviyelerinin varlığını işaret etmiştir. En yüksek taşıyıcı yoğunluğu değerleri, 100 ve 145 dk süreler ile ısıl işlem görmüş güneş pillerinde elde edilmiştir. Sıcaklık ve voltaj bağımlı olarak ölçülen empedans karakteristiklerine ısıl işlem süresinin etkisini açıklamak amacıyla eşdeğer devre modelleri öne sürülmüştür.
İncelenen heteroeklem aygıtların karanlık ve aydınlatma altındaki elektriksel özelliklerinin iyileşmeleri, ısıl işlem süresine ve klor yayılımına bağlı olarak baskın tuzak seviyelerinin etkisizleşmesi, CdTe/CdS ara yüzünün iyileşmesi ve direnç etkilerindeki azalma ile ilişkilendirilmiştir.

Abstract:
In this work, the effect of the post deposition heat treatment duration with CdCl2 onto the electrical properties of Glass/SnO2:F/ZnO/CdS/CdTe/Au heterojunction solar cell has been investigated by current-voltage, admittance and impedance spectroscopy and quantum efficiency measurement techniques. Nine different groups of samples were investigated. They are named as: as-grown (AG), only heat treated (HT), post deposition heat treated with CdCl2 for different durations ranging from 20 min to 180 min.  
Successive efficiency improvements are achieved when annealing duration increases from 20 min to 145 min. Improvements were mainly attained through increased V_oc, I_sc and FF values therefore it is proposed that the electrical properties of the junction interface has a significant effect. All devices represent a strong roll-over effect indicating the non-Ohmic nature of the back contact. The dark current-voltage analyses show that above approximately 270 K, the dominating current transport mechanism is determined by interface recombination. Approximately lower than 250 K however tunneling mechanism is identified. The frequency and temperature dependent capacitance–voltage studies give the indication of considerable amount of interfacial states at hetero-interface and deep trap levels in the CdTe layer. The highest carrier density values are obtained for the solar cells heat treated at 100 min and 145 min. Equivalent circuit models are proposed to explain the effect of heat treatment duration onto the impedance characteristics of the solar cells measured as a function of temperature and voltage.  
The improvement in the dark and illuminated electrical behavior of the heterojunction devices investigated in this work was attributed to the passivation of dominating trapping states, improvement of CdTe – CdS interface and reduction of resistance effects depending on the heat treatment duration and chlorine diffusion.