CdZnTe ve CdZnS ince filmlerin hazırlanması ve incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada CdTe ve CdS filmlerine Zn'nin difüzyonu ile üçlü CdZnTe ve CdZnS fazları yeni elde etme teknolojisi geliştirildi. Elde edilen üçlü bileşikler ve bu üçlü bileşiklerle oluşturulmuş heteroeklemlerin yapısal, elektrik, optik, fotovoltaik parametreleri incelendi.Zn/CdTe ve Zn/CdS yapılarının, Zn'nin erime sıcaklığından daha yüksek sıcaklıklarda tavlanmasıyla üçlü fazların oluştuğu gözlenirken 400 oC'de tavlanmasıyla üçlü fazların oluşmadığı gözlendi. Üçlü fazların oluşmaması, tavlanma sıcaklığının Zn'nin erime sıcaklığından (418 oC) düşük olması ile yorumlandı. Üçlü fazın oluşmasının, Zn katkısının filmlerde reaktif difüzyon mekanizması ile ilişkili olduğu ileri sürüldü.Termal tavlama yapılan Zn/CdTe yapılarının x-ışını kırınım analizleri CdZnTe bileşiğinin oluştuğunu göstermektedir. Optik soğurma spektrum ölçümlerinden Zn/CdTe yapılarının tavlama sıcaklığına ve süresine bağlı olarak oluşan CdZnTe bileşiğinin yasak band genişliğinin 1,5 eV'den 1,66 eV'ye (520 oC) kadar arttığı gözlendi. Zn'nin CdTe filmlerine 430-520 oC aralığında difüzyonu optik soğurma spektrumları kullanılarak, Zn'nin CdTe filmlerinde sıcaklığa bağlı efektif difüzyon katsayısı D=2,5 10^-3exp(-1,30eV/kT)cm2/s olarak hesaplandı. Zn'nin n-tipi CdTe filme difüzyonu neticesinde elde edilen pCdZnTe/nCdTe heteroeklemin fotovoltaik parametrelerinin açık devre gerilimi (Voc=140 mV) ve kısa devre fotoakım yoğunluğu (Jsc=0,5 mAcm-2) olduğu belirlendi. Fotoakım nispeten küçük değeri pCdZnTe/nCdTe heteroeklemindeki yüksek özdirenciyle (10^11 ?cm) ilişkilendirildi.CdS filme Zn difüzyonu ile oluşan CdZnS üçlü bileşiğinin örgü parametrelerinin Zn konsantrasyonuna bağlı olarak değiştiği x-ışını kırınım analizlerinden belirlendi. EDXRF analizinden Zn/CdS yapısının In'nin erime sıcaklığından düşük olan 400 oC'de tavlanmasıyla Zn'nin CdS filmde efektif difüzyon katsayısı D=5 10^-14 cm2s-1 olarak belirlendi ve bu sabit kaynaktan serbest katkı difüzyonu ile karakterize edildi. CdZnS bileşiğinin yasak band genişliği, Zn/CdS yapısının tavlama sıcaklığına, tavlama süresine ve Zn kalınlığına bağlı olarak arttığı gözlendi. CdS filmin yasak band genişliği 2,43 eV iken oluşturulan CdZnS üçlü bileşiğinin yasak band genişliğinin 2,71 eV'ye kadar arttığı optik soğurma spektrumlarından belirlendi. Bu değişken band yapısının yasak band genişliği filmin yüzeye yakın bölgede 2,71 eV iken iç bölgelere gittikçe 2,43 eV'ye kadar düşmektedir.CdZnS/CdS/CdTe güneş pillerin akım-gerilim karakteristiklerinden fotovoltaik parametreleri Voc=500 mV Jsc=4,1 mA/cm2 olarak ölçüldü. CdZnS/CdTe ve CdZnS/CdS/CdTe pillerin CdS/CdTe pillerine oranla fotovoltaik özelliklerinin daha yüksek ve fotoduyarlılık spektrumun daha geniş olması, CdZnS üçlü bileşiğinin CdS filme oranla daha geniş yasak band genişliğine ve geniş "pencere" özelliğine sahip olmasıyla ilişkilendirildi.