İndiyum Sülfür İnce Filmlerin Sprey Isıl Ergime Yöntemi ile Üretilmesi ve Elektro-optik Karakterizasyonlarının Yapılması

Abstract

İnce film güneş pili uygulamalarında tampon tabaka olarak genellikle kadmiyum sülfür (CdS) kullanılmaktadır. Ancak kadmiyumun toksik etkilerinden dolayı yerine farklı alternatifler aranmaktadır. Bu tez çalışması dahilinde üretilen indiyum sülfür (InS) filmlerin yapısal, optik ve elektriksel özellikleri bakımından CdS ince filmlerin yerini alabilecek performansa sahip oldukları anlaşılmıştır. Ayrıca tez kapsamında kullanılan sprey ısıl ergime yöntemi (sprey piroliz) standard üretim metodu olan vakum tabanlı yöntemlere kıyasla çok daha maliyet etkin olup InS ince filmlerin geniş yüzeyli üretimlerinde kullanılma potansiyeli yüksektir. Bu kapsamda yapılan çalışmada InS ince filmlerin yapısal, optik ve elektriksel özellikleri üzerinde üretim koşullarının etkisi araştırılmıştır. Kontrollü deneyler gerçekleştirilerek solüsyon akış hızı, alttaş sıcaklığı, çözücü cinsi, stokiyometri ve katkılama etkisi gibi üretim koşullarının performans ile ilişkisi saptanmıştır. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile filmlerin yüzey morfolojileri incelenmiş kalınlıkları hesaplanmıştır. X-Işınları Kırınım Cihazı (XRD) ile filmlerin yapısal özellikleri incelenmiştir, Ultraviyole ve Görünür Bölge Spektroskopisi ile filmlerin optik özellikleri belirlenmiştir. Ayrıca ince filmlerin elektriksel özelliklerini inceleyebilmek için I-V ölçümleri alınmıştır. Yapılan tüm bu kontrollü çalışmalar sonucunda en iyi InS ince film üretimi için gerekli parametreler seçilmeye çalışılmıştır. Sonuç olarak, 1,0 ml/dk solüsyon akış hızı, 300?C alttaş sıcaklığı optimum değerler olarak belirlenmiştir. In/S oranı 1/8 olan ince filmlerde en iyi fotohassasiyet değeri elde edilmiş ve katkılama çalışması ile filmlerin özellikle yapısal özelliklerinde iyileşmeler saptanmıştır.

In thin film solar cells applications, cadmium sulfide (CdS) is generally used as buffer layer. But, alternative buffer layers are searched due to the toxic effects of cadmium. It is understood that structural, optical and electrical properties of indium sulfide (InS) thin films studied in this thesis can be used as a buffer layer in thin film solar cells instead of CdS thin films. Also, spray pyrolysis method studies is much more cost effective than standard production methods that based on vacuum and with this method large surface InS thin film production method. To find the best InS buffer layer, while producing InS thin films by using spray pyrolysis technique, some of the production parameters have been chaged. The neccessary optimizations where carried out to obtain the effective thin films. These parameters are infuse rate, substrate temperature, solvent, stoichiometry and doping effect on InS thin film. The structural, morphological, electrical and optical properties of InS thin films deposited on soda lime glass with spray pyrolysis technique have been analyzed by using some charaterization methods. The surface morphologies of thin films have been investigated by using Scannig Electron Microscopy (SEM). Moreover, X-Ray Diffraction Spectroscopy (XRD) has been used to investigate the structural properties. Also, the optical properties were determined by using UV-Vis Spectroscopy. Besides, to obtain electrical properties of films I-V measurements have been performed. After all these experiments, 1.0 ml/min infuse rate and 300?C substrate temperature are determined as optimum values. Futhermore, the best fotosensitivty value is measured when the In/S ratio is 1/8. Finally,the results indicated that doping studies have rised the structural species of InS thin films.