CuInSe2 ince filminin üretimi, yapısal ve optik özellikleri

Abstract

ÖZET Kalkopirit yapılı Cu-III-VI2 üçlü bileşikleri fotovoltaik alet uygulamaları için oldukça ümit verici malzemelerdir. Bu bileşiklerden, doğrudan geçişli bant aralığına (l,02eV), yüksek soğurma katsayısına (105 cm`1 mertebesine kadar), iyi ısıl ve elektriksel kararlılığa ve tek kristal Si veya GaAs aygıtlardan daha iyi radyasyon toleransına sahip olan CuInSe2 güneş pillerinde etkin soğurucu olarak kullanılabilir. Bugüne kadar bu malzemelerin altlıkla iyi adhezyona sahip stokiyometrik kompozisyonlu ve büyük taneli (>lu.m) ince filmlerinin kolay ve ucuz yapım yöntemlerinin bulunması yönünde araştırmalar sürmektedir. Bu çalışmada CuInSe2 ince filmleri vakum ortamında cam altlıklar üzerinde tek kaynaktan buharlaştırma ve selenleştirme yöntemiyle elde edildi. Yapılan filmlerin kristal yapısı ve fotoelektriksel özellikleri taramalı elektron mikroskobu, x-ışınları kırınımı, direnç ve optik ölçümlerle incelendi. 400°C'de yapılan ve 450°C'de selenleştirilen CuInSe2 ince filmi, daha düzenli yüzeye sahip olmakla birlikte iyi adhezyona da sahip olduğu görüldü. Ayrıca bu filmler hiç bir ek faz içermemekte ve yasak enerji aralığı 0,97eV olan doğrudan geçişli bir yarıiletkendir. Bulunan bu yasak enerji aralığı CuInSe2 tek kristallerin band genişliği ile aynıdır. Yapılan CuInSe2 ince filmlerde ilk katmanın çökeltilme sıcaklığına bağlı olarak selenleştirilmiş filmlerin direncini geniş ölçüde (10`3-103Qcm) değiştirmenin mümkün olduğu saptandı. Anahtar Kelimeler: CuInSe2, ince film, yasak enerji aralığı, selenleştirme

SUMMARY Production, Structural and Optical Properties of CuInSe2 Thin Films The ternary chalcopyrites of type Cu-III-VT2 appear to be the most promising material in photovoltaic device applications. Among these materials CuInSe2 due to its direct band gap (1.02 eV), high absorption coefficient (up to the order of 105 cm`1), good thermal and electrical stabilitiy as well as better radiation tolerance than single crystalline Si or GaAs devices, can be used as effective absorber in solar cells. By now, the researches are going on in order to find new cheap methods for producing thin films of these materials having large grain sizes (>lj.m) and good adhesion to subsrate. In this study, we followed a new method for producing a single phase CuInSe2 thin films with significantly good adhesion to substrate by evaporating CuInSe2 powder on glass substrate from a single source. Then Cu and In were evaporated on this multiphase CuInSe2 film. Afterwords this multilayered structure was selenized. The obtained films were investigated for the crystal structure, surface morphology, electrical and optical properties. It was found that the best structural and optical properties were obtained when the initial CuInSe2 thin films were produced at a substrate temperature of 400°C followed by the selenization at 450°C. The thin films do not contain any additional phases and are semiconductors with direct band gap width of 0.97eV. It was shown that it is possible to change the resistivity of the films in a large scale (10`3-103ficm) by changing the substrate temperature during deposition of initial CuInSe2 layers. Key Words: CuInSe2, thin film, band gap, selenization VI