CdTe ince filmlerin soğuk altlık yöntemiyle üretilmesi ve karakteristik özelliklerin incelenmesi
Production of CdTe thin films by cold backing method and investigation of characteristic properties
Yazar: BÜŞRA TOPCU
Danışman: PROF. DR. VAGİF NEVRUZOĞLU
Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez çalışmasında CdTe ince filmler farklı sıcaklık değerlerinde soğutulmuş (100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 275 ve 300 K) cam yüzeyinde soğuk altlık yöntemi olarak tanımlanan yöntemle üretildi. Elde edilen filmlerin yapısal (XRD), optiksel (FESEM, SEM, optik geçirgenlik ve optik soğurma) ve elektriksel özellikleri incelendi. XRD sonuçları tüm altlık sıcaklıklarda üretilen CdTe filmlerinin kübik yapıda (111), (220) ve (311) düzlemlerinde büyüdüğünü gösterdi. FESEM görüntüleri 200 K altlık sıcaklığında üretilmiş CdTe filminin eşit boyutlu kristalik kümelerden oluştuğunu gösterdi. Bu sonuç ile söz konusu sıcaklık değerinde CdTe kristalinin soliton büyüme mekanizması ile gerçekleştiği anlaşıldı. 300 K ve 200 K altlık sıcaklıklarında üretilen filmlerin altlık yüzeyinde sergiledikleri tane boyutlarındaki dağılımlar IMAGEJ programı yardımı ile hesaplandı. Sonuçlar 300 K de üretilen filmlerin tane boyutlarının ağırlıklı olarak 60-80 nm aralığında değiştiğini buna kıyasla 200 K de bu dağılımın 20-25 nm aralıklarında değiştiği görüldü. Optik geçirgenlik spektrumlarından altlık sıcaklığına bağlı olarak optik şeffaflık değerlerinde artışların olduğu anlaşıldı. Optik soğurma spektrumlarında ise soğutulmuş altlıklar yüzeylerinde üretilen CdTe filmlerinde noktasal kusurlardan kaynaklı soğurma piklerine rastlanmamıştır. Kristal yapıda gerçekleşen bu yeni yapısal durum CdTe'un p-tipi elektriksel özellik sergilemesini sağlamıştır. Üretilen filmlerin elektriksel ölçümieri Ivium markalı cihaz ile yapıldı. Ölçümlerin sağlıklı yürütülmesi için CdTe yüzeyine omik kontak olarak Cu/Au alaşımı buharlaştırılarak oluşturuldu. Sıcaklığa bağlı olarak örneklerin öz direnç değerlerindeki artışlar yasak bant aralığının genişlemesinden ve bu süreci sağlayan tane boyutlarındaki küçülmelerden kaynaklı olduğu anlaşıldı. Sonuç olarak bu tez çalışmasında kullanılan yeni üretim yönteminden yararlanılarak yüksek buhar basıncına sahip yarıiletken malzemeleri (CdS, CdTe, ZnTe, CdSe vb.) yapısal tahribata uğratmadan üretilmesinin uygun olacağı anlaşılmıştır.

Abstract:
In this project work, CdTe thin films were produced on the glass surface cooled at different temperatures (100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 275 and 300 K) by the method defined as the cold substrate method. The structural (XRD), optical (FESEM, SEM, optical transmittanceand optical absorption) properties of the obtained films were investigated. XRD results showedthat it grows in the cubic structure (111), (220) and (311) planes at all temperatures. FESEM images showed that the CdTe film produced at a substrate temperature of 200 K consisted ofclusters of equal size. This result was evaluated that the crystal structure was realized by the soliton growth mechanism at the temperature in question. The grain size distribution of the films produced at 300 K and 200 K substrate temperatures was determined with the help of the IMAGEJ program. Results It was determined that the grain sizes of the films produced at 300 K mainly changed in the range of 60-80 nm, but at 200 K, these data changed in the rangeof 20-25 nm. Optical transmittance spectra showed an increase in optical transparency valuesdepending on substrate temperature. From the optical absorption spectrum, it was understoodthat the absorption peaks due to point defects on the cooled substrate surface decreased. This new situation in the crystal structure enabled CdTe to exhibit p-type electrical properties duringthe production process. Electrical measurements of the produced films were made with an Ivium branded device. In order to carry out the measurements properly, Cu/Au alloy was usedas an ohmic contact to the CdTe structure by evaporation. It was understood that the increases in the resistivity values depending on the temperature were caused by the widening of the forbidden band gap and the reduction in grain sizes that provided this process. It has been seen that it is appropriate to produce semiconductor materials (CdS, CdTe, ZnTe, CdSe, etc.)with high vapor pressure without causing structural destruction by using the production methodused in this project, and to produce inexpensive photovoltaic devices based on these materials.