Sol-jel metodu ile polikristal heteroeklem güneş pili üretilmesi, yapısal, elektriksel ve optiksel özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada sol-jel daldırma yöntemiyle In2S3 ve CuInS2 ince film yarıiletkenleri oluşturuldu. Elde edilen filmlere, çözeltilerdeki Cu/In, S/In oranlarının ve tavlama sıcaklıklarının etkileri; x-ışını kırınımı analizi (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı x-ışını spektrometresi (EDX), UV spektrometresi, dört nokta elektriksel ölçümü ve termoelektriksel ölçüm yöntemleriyle incelendi. XRD sonuçları, CuInS2 ve In2S3 filmlerinin sırasıyla (112) ve (109) karakteristik pikleri ile tetragonal yapıda olduklarını gösterdi. CuInS2 filmlerinde Cu/In oranının ve tavlama sıcaklığının artması ile kristalleşmenin arttığı ve buna bağlı olarak tanecik boyutlarının büyüdüğü gözlendi. UV spektrometresi sonuçlarına göre CuInS2 filmlerinin bant aralıkları 1.30 -1.44 eV aralığındadır. In2S3 filmlerinin bant değerleri ise 2.69 ? 2.87 eV aralığındadır. Termoelektriksel ölçüm sonuçları CuInS2 filmlerinin Cu/In oranına bağlı olarak n ve p tipi özellikte olduğunu göstermektedir. In2S3 filmleri sadece n-tipi özellik göstermiştir. Bu filmlerle yapılan güneş pili denemeleri sonucunda ITO kaplı cam altlıklar üzerine cam/ITO/n-In2S3/p-CuInS2/In heteroeklem cihazları oluşturuldu. Elde edilen güneş pillerinin açık devre voltajlarının (Vad) ve kısa devre akım yoğunluklarının (Jkd), ~ 250 mV ve ~ 10-1 mA/cm2 civarında olduğu gözlendi.

In this study In2S3 and CuInS2 thin film semiconductors were prepared by sol-gel dip coating method. Effects of Cu/In, S/In ratios and annealing temperatures on the prepared films were investigated by x-ray diffraction analysis (XRD), scanning electron microscope (SEM), energy dispersive x-ray diffraction spectroscopy (EDX), UV spectrometer, four point probe electrical and thermoelectrically measurement methods. XRD results showed that CuInS2 and In2S3 were in tetragonal structure with the (112) and (109) characteristic peaks, respectively. It was observed that the crystallinity and particle size increase by increasing the Cu/In ratio and annealing temperature. According to UV spectrometer results, band gaps of the CuInS2 films are between 1.30 -1.44 eV. On the other hand, band gap values of the In2S3 films are between 2.69 ? 2.87 eV. Thermoelectrically measurement results showed that CuInS2 films were in n and p type properties depending on Cu/In ratio. In2S3 films only showed n-type properties. By using these thin films, glass/ITO/n-In2S3/p-CuInS2/In heterojunction devices were prepared on ITO coated glass substrates. The open circuit voltage (Voc) and short circuit current density (Jsc) of these solar cells were measured as approximately ~ 250 mV and ~ 10-1 mA/cm2.