CZTS tabanlı ince filmlerin elektrokimyasal büyütme tekniği ile büyütülmesi ve karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada deionize su (DI) çözücüsü içinde bakır (II) sülfat pentahidrat (CuSO_4.5H_2 O), çinko (II) sülfat heptahidrat (ZnSO4.7H2O), kalay (II) sülfat (SnSO_4) ve Sülfür kaynağı olarak da sodyum tiyosülfat (Na_2 S_2 O_3) tuzları kullanılarak ITO üzerine elektrokimyasal büyütme tekniği ile CZTS ince filmleri büyütülmüştür. Büyütme parametrelerinden pH; 4,50 – 6,30 aralığında, büyütme potansiyeli; -1,0 V ile -1,50 V aralığında ve sıcaklık ise 〖25〗^0 C de sabit tutularak optimum film karakteristikleri elde edilmeye çalışılmıştır. Yapısal ve optiksel anlamda en iyi kaplanmış ince film bileşiklerinin 1 saatlik büyütme süresi için, DI çözücüsünde 〖25〗^0 C sıcaklıkta 0,02 M bakır (II) sülfat pentahidrat (CuSO_4.5H_2 O), 0,01 M çinko (II) sülfat heptahidrat (ZnSO4.7H2O), 0,02 M kalay (II) sülfat (SnSO_4), 0,02 M sodyum tiyosülfat (Na_2 S_2 O_3), 0,01 M tartaric asit (C_4 H_6 O_6) ve 0,2 M Na_2 C_6 H_5 O_7.2H_2 O bileşikleri kulanılarak -1,05 V katodik potansiyelde ve çözelti pH'sının 5,70 olduğu durumda büyütüldüğü görülmüştür. X-ışını kırınımı (XRD) desenlerinden elde edilen formüllerin (211) tercihli yönelimlere sahip oldukları gözlemlenmiştir. Soğurma ölçümlerinden, optimum yapısal özellik sergileyen CZTS ince filmlerinin yasak enerji aralıklarının 1,6 eV civarında olduğu hesaplanmıştır. Atomik kuvvet mikroskobu (AFM) yardımı ile büyütülen CZTS ince filmlerinin yüzey yapısının incelenmesiyle ortalama pürüzsüzlük değerinin 41 nm civarında olduğu belirlenmiştir. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile ise ince filmimizin kalınlığını ve yapısını araştırılmıştır.

In this work, CZTS thin films was grown on ITO by electrochemical deposition technique using copper (II) sulfate pentahydrate (CuSO_4.5H_2 O), zinc (II) sulfate heptahydrate (ZnSO4.7H2O), tin (II) sulfate (SnSO_4) and as a sulfur source sodium thiosulfate (Na_2 S_2 O_3) in DI water. In order to obtain optimum film characteristics, growth parameters was changed; between 4,50 - 6,30 for pH; -1,0 and -1,50 V for potential and at the temperature 〖25〗^0 C. The best quality CZTS thin filmshave been obtained from 0,02 M copper (II) sulfate pentahydrate( CuSO_4.5H_2 O), 0,01 M zinc (II) sulfate heptahydrate (ZnSO4.7H2O), 0,02 M tin (II) sulfate (SnSO_4), 0,02 M sodium thiosulfate (Na_2 S_2 O_3), 0,1 M tartaric acid (C_4 H_6 O_6) and 0,2 M (Na_2 C_6 H_5 O_7.2H_2 O) within DI water of 〖25〗^0 C for one hour, at the pH=5,70 and V=-1,05 V. It was observed from the XRD measurements that the CZTS thin films grown by elecyrochemical deposition were in polycrystal from having the (211) preferred orientation. The band gap values of the optimum CZTS thin films were measured as 1,6 eV from the absorption measurements. The atomic force microscopy (AFM) measurements showed that the average roughness value of the surfaces of CZTS films obtained by electrochemical deposition technique was around of 41 nm. We investigated the thickness and structure of thin film with Scanning Electron Microscope (SEM).