CdS/CdTe heteroeklemlerin elektriksel ve fotovoltaik özellikleri

Abstract

CdS ve CdTe ince filmlerin ve CdS/CdTe ince film heteroeklemlerin yapısal, elektrik, optik ve fotovoltaik özellikleri incelendi. CdS filmler vakumda termal buharlaştırma ve kimyasal püskürtme yöntemleri ile hazırlandı ve CdTe filmler yakın mesafeli süblimasyon (close spaced sublimation-CSS) yöntemiyle elde edildi. CdS ve CdTe filmlerin kristalik yapısı X-ışınları kırınımı ölçümleriyle araştırıldı ve yasak bant aralıkları optik absorbsiyon spektrumlarmdan hesaplandı. Termal buharlaştırmayla elde edilen CdS filmlerin kübik (a=5,821Â), kimyasal püskürtme ile elde edilen CdS filmlerin ise hekzagonal yapıda kristalleştiği (a=4,106Â, c=6,672Â) belirlendi. Kübik CdS filmlerin yasak bant aralıkları Eg=2,40 eV, hekzagonal CdS filmlerin Eg=2,47 eV olarak hesaplandı. CdTe filmler kübik yapıda kristalleşti (a=6,465Â) ve yasak bant aralıkları 1,50 eV olarak hesaplandı. CdS(kübik)/CdTe ve CdS(hekzagonal)/CdTe heteroeklemlerin uygunsuzluk parametreleri sırasıyla %9,6 ve %4,0 olarak belirlendi. CdS/CdTe heteroeklemlerin elektriksel ve fotovoltaik özellikleri incelendi. CdS(hekz)/CdTe heteroeklemin fotovoltaik parametrelerinin (Voc=310 mV, Jsc=2,15 mA/cm2), CdS(küb)/CdTe heteroeklem parametrelerinden (Voc=142 mV, Jsc=0,13 mA/cm2) yüksek olduğu gösterildi. Bunun sebebi CdS(hekz)/CdTe heteroeklemin uygunsuzluk parametresinin, CdS(küb)/CdTe heteroekleminkine göre daha düşük olmasıdır. CdS(küb)/CdTe heteroeklemde CdCl2 uygulamasından sonra heteroeklemin açık devre gerilimi 120 mV'dan, 327 mV'a ve kısa devre akım yoğunluğu 104 uA/cm2'den, 225 uA/cm2,ye arttığı gösterildi. CdTe yüzeyinin kimyasal aşındırılması sonucunda CdS(hekz)/CdTe heteroeklemde açık devre geriliminin 400 mV'dan, 505 mV'a ve kısa devre akım yoğunluğunun 1,67 mA/cm2'den, 2,5 mA/cm2'e arttığı bulundu. Ayrıca CdS(küb)/CdTe(bulk) heteroeklemde 3,6 mA/cm2 kısa devre akım yoğunluğu ile 720 mV'luk yüksek açık devre gerilimi elde edildi. CdTe filme bakır difüzyonu sonucu CdS/CdTe pillerin açık devre geriliminin 456 mV'dan, 550 mV'a, kısa devre akım yoğunluğunun 7 mA/cm2'den, 32 mA/cm2'ye, fiil faktörünün 0,28'den, 0,38'e ve veriminin %0,9'dan, %6,8'e arttığı belirlendi. Parametrelerin iyileşmesinde önemli etken, Cu katkısıyla CdTe'nin direncinin düşmesi ve akımın artmasıdır. CdS/CdTe(Cu) ve CdS/CdTe pillerin fotovoltaik parametrelerinin değişimi (degradasyonu) ters yön ve doğru yönde uygulanan gerilimler ve kısa devre şartlarında incelendi. CdS/CdTe(Cu) pillerin performanslarının uygulanan etkiler sonucunda azaldığı (yaklaşık %15-40) gösterildi. Bu sonuçlar, elektrodifüzyon neticesinde bakır iyonlarının eklem bölgesindeki ve CdTe filmdeki konsantrasyon dağılımının değişimi ile yorumlandı. Buna karşın bakır kullanılmayan CdS/CdTe pillerin performansı artmıştır. CdS/CdTe(Cu) pillerin degradasyon deneylerinden bakırın CdTe'de difüzyon katsayısı D=3,3 xl0"H cm2/s olarak (T=300K) hesaplandı.