Sılar yöntemiyle büyütülen Cu3SnS4 ince filmlerde tavlama sıcaklığının filmlerin yapısal ve optik özellikleri üzerine etkisi

Abstract

Bu çalışmada, fotovoltaik uygulamalar için oldukça önemli malzemelerden olan Cu3SnS4 ince filmler, cam altlıklar üzerine, sıralı iyonik tabaka adsorpsiyonu ve reaksiyonu (SILAR) yöntemi kullanılarak oda sıcaklığında büyütülmüş ve elde edilen filmler 200, 250, 300, 350 ve 400 C'de azot atmosferinde 1 saat süreyle tavlanarak, tavlama işleminin Cu3SnS4 ince filmlerin yapısal, morfolojik, elementel ve optik özellikleri üzerine etkisi araştırılmıştır. Bunun için tavlama işlemi öncesi ve farklı tavlama sıcaklıklar için X-ışını difraksiyonu (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji ayrımlı X-ışını analizi (EDAX), optik soğurma ve Raman ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen XRD desenlerinden, başlangıçta filmlerin kristalleşmesinin düşük olduğu, artan tavlama sıcaklığıyla kristalleşmenin arttığı ve ayrıca 400 C'de tavlanan filmde Cu2SnS3 ve CuS ikincil fazlarının oluştuğu belirlenmiştir. SEM görüntüleri filmlerin yüzey morfolojisinin tavlamayla değiştiğini, EDAX ölçümleri ise yapıda Cu fazlalığının bulunduğunu ve S ve Sn miktarlarının da artan tavlama sıcaklığı ile birlikte azaldığını göstermiştir. Oda sıcaklığında gerçekleştirilen optik soğurma ölçümlerinden filmlerin yasak enerji aralığının 1,62 eV değerinden 1,47 eV azaldığı belirlenmiştir. Ayrıca yapılan Raman ölçümleri, filmlerin hem tavlama öncesi hem de farklı tavlama sıcaklıkları sonrası ağırlıklı olarak Cu3SnS4 fazından oluştuğunu doğrulamıştır.

In this study, by using successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) method at room temperature, Cu3SnS4 thin films, being one of the most important materials for photovoltaic application, were synthesized on glass substrates and the synthesized films were annealed at 200, 250, 300, 350 and 400 C at nitrogen atmosphere for one hour and the effect of annealing process on structural, morphological, elemental and optical properties of Cu3SnS4 thin films was investigated. So then X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), energy dispersive X-ray analysis (EDAX), optical absorption and Raman measurements were carried out before annealing and for different annealing temperature. It was been determined through obtained XRD patterns that crystallization of films was low at first, with increasing annealing temperature crystallization increased and also Cu2SnS3 and CuS secondary phases consisted on the film annealed at 400 C. SEM images demonstrated that surface morphology of the films changed through annealing; also EDAX measurements indicated higher Cu content and S and Sn amounts decreased with increasing annealing temperature. It was determined that forbidden energy gap of the films decreased from 1,62 eV to 1,47 eV via optical absorption measurement performed at room temperature. Also Raman measurements confirmed that, both as-deposited and after different annealing temperatures, the films consisted of mainly Cu3SnS4 phase.