a-SiGe: H alaşımı ince filim malzemelerin fotoiletkenlik yöntemi ile incelenmesi

Abstract

Hidrojenlendirilmiş amorf silisyum?germanyum (a-SiGe:H) alaşımı ince filim malzemeler çok katmanlı ince film silisyum güneş pillerinin düşük yasak enerji aralığına sahip soğurucu katmanını oluşturan ekonomik olarak potansiyeli en yüksek malzemelerden biridir. Bu tezde hidrojenlendirilmiş amorf silisyumun, a-Si:H, içerisindeki mevcut öz kusurların ve ışık altında bozunuma uğratılmış durumlarda oluşan kusurların doğasının bu malzeme içerisine eklenen farklı germanyum yüzdelerine göre nasıl değiştiğini incelemek amacıyla tüm örnekler için aynı koşullar altında karanlıkta sıcaklığa bağlı iletkenlik, ışık şiddetine bağlı fotoiletkenlik ve sıcaklığa bağlı fotoiletkenlik deneyleri yapılmıştır.Tavlanmış durumda örneklerdeki doğal kusurlar incelenmiştir. Oda sıcaklığında yapılan ölçümlerden a-Si:H'un üstel parametresinin 1'e çok yakın olmasından dolayı içerisindeki mevcut kusurların yoğunluğunun çok az olduğu (1015-1016cm-3) ve a-Si:H içerisine germanyum eklendiğinde silisyum orijinli kusurlara germanyum orijinli kusurlar eklenerek malzemenin kusur yoğunluğunun artmasına neden olduğu bulunmuştur. Çok katmanlı güneş pillerinde en iyi soğurucu katman olarak -çarpımı en yüksek ölçülen germanyum konsantrasyonu 10% ile 30% aralığındaki örnekler bulunmuştur. Ge oranı 40%'dan büyük a-SiGe:H alaşımlarında ise -çarpımı ciddi bir şekilde azalmaktadır.Işık altında bozunuma uğratılmış durumda oluşan kusurları incelemek için bütün örnekler 5 güneş ışık şiddetinde homojen beyaz ışık demeti ile 5 saat süre ışık banyosu altında bekletilerek Staebler-Wronski etkisi yaratılmıştır. Oda sıcaklığında yapılan fotoiletkenlik ölçümleri hem a-Si:H hem de silisyum zengin a-SiGe:H alaşımı malzemelerde fotoiletkenlik ve ?n ? n-çarpımı değerlerinde bir bozunma olduğunu göstermiştir. 75% germanyum içeren germanyum zengin a-SiGe:H alaşımı malzemede Staebler-Wronski etkisi oluşmamıştır. Sıcaklığa bağlı yapılan fotoiletkenlik ölçümlerinde düşük sıcaklıklarda a-Si:H ve germanyum oranı 10% ile 40% arasında değişen malzemelerde ? parametresinin 1'e yaklaştığı bulunmuştur. Bu sonuç Staebler-Wronski durumunda yaratılan kusurların hem a-Si:H hem de a-SiGe:H malzemelerd aynı tür kusurlar olduğunu göstermektedir.Enerji bant uçlarına yakın enerjilerde yerelleşmiş elektronik kusurların -çarpımını azaltmadığını aksine iyileştirdiğini belirtmektedir. Elektronik kusur yoğunluğunun arttığı bir malzemede -çarpımının iyileşmesi yüklü ( D+Si, D-Si, D+Ge, D-Ge ) silisyum ve germanyum orijinli elektronik kusurların ışık ile yaratılabildiğini ortaya koymaktadır.

Hydrogenated amorphous silicon-germanium alloy thin films (a-SiGe:H) of various germanium concentrations, are one of the potential candidates meeting the requirements of high efficiency stacked solar cells and optoelectronic devices where a certain bandgap is necessary. In that thesis, dark conductivity light intensity dependent photoconductivity and temperature dependent photoconductivity experiments were carried out under same conditions for all samples to investigate the change of the existing native and light induced defects in hydrogenated amorphous silicon, a-Si:H, with the added percentage of germanium.Native defects of samples in annealed state were investigated. From the measurements taken under room temperature, it was observed that because value of a-Si:H is so close to 1, number of existing defects in it is very few (1015-1016cm-3) and adding germanium caused an increase in defect concentration of the material while silicon originated defects were added with germanium originated defects. As the best absorber layer in multilayer solar cells, measured highest ? ? -product was observed in the samples within 10%-30% range of germanium concentration. For the a-SiGe:H alloy films with Geconcentration above 40% percentage ? ? -product decreases seriously.In order to investigate the defects formed when decomposed by light, light induced degradation is created by exposing all samples to light bath for 5 hours under homogenous white light beam with intensity of 5 sun. Photoconductivity measurements taken under room temperature showed degradation in photoconductivity and ?n ? n product in a-Si:H materials as well as silicon enriched a-SiGe:H alloy materials. Light induced degradation was not observed in germanium enriched a-SiGe:H containing 75% germanium. In temperature dependent photoconductivity measurements at low temperatures, value approaches to 1 in materials containing a-Si:H and germanium at concentrations changing between 10%-40%. That result shows that the created defects during light induced degradation are same type of defects for a-Si:H and a-SiGe:H alloy thin film materials. It reveals that electronic defects at energy levels close to energy band edge does not decrease the -product, on the contrary, it increases. It reveals also that if -product does not decrease, charged (D+Si, D-Si, D+Ge, D-Ge) silicon and germanium originated electronic defects might be created by light.