Esnek çinko oksit-perovskit temelli fotodedektör üretimi ve karakteristik özelliklerinin analizi

Bu tez kapsamında, Mn katkılı ve katkısız ZnO-NÇ ile kararlı yapıda kurşunlu ve kurşunsuz inorganik halojenür perovskit tabanlı yarıiletkenlerin esnek alttaşlar üzerine depolanmasıyla katı-hal MSM fotodedektör ve yarı-katı olmak üzere kendinden güç üreten fotodedektör aygıtlar üretilmiştir. İlk olarak poliimit (PI) alttaş üzerine farklı molar konsantrasyonlarda (16,5 mM ve 3,5 mM) büyütülen ZnO-NÇ içerisine, molar hacimce %5 ve %9 olmak üzere Mn katkılanarak elde edilen ince filmlerin malzeme karakterizasyonları (XRD, PL, SEM ve UV-vis) incelenmiştir. Metal kontak olarak tasarlanmış interdijital Pt kontak ile belirlenen desenlerle kaplandıktan sonra ise fotodedektör aygıt olarak performasları incelenmiştir. Yapısal karakterizasyonlar sonucunda Mn atomlarının ZnO kristal kafes yapısına dahil olup performansı arttırdığı tespit edilmiştir. Fotodedektörlerin temel parametrelerin tespiti için, %5Mn:ZnO-NÇ3,5 fotodedektörün elektriksel ölçümlerinin alınmasıyla önemli performans parametreleri olan D*, R, S%, EQE(%), 15 V gerilim ve 367 nm dalga boyu ışık altında sırasıyla 6,38x1012, 10,768 A/W, 3x104 ve %3.645 olarak hesaplanmıştır. %5Mn:ZnO-NÇ3,5 fotodedektörün UV (367 nm/2,42 mW/cm2) ışık altında, yükselme zamanı (τr) ve alçalma zamanı (τd) değerleri sırasıyla 32,2 s ve 41,9 s olarak bulunmuştur. Beyaz ışık altında (840 mW/cm2) ise τr ve τd 0,3 s olarak hesaplanmıştır. Bu örneğe 9.500 defa içbükey, dış bükey bükme sonucunda, sağlamlık ve kararlılık sergilemiştir. %9Mn:ZnO-NÇ16,5 fotodedektörün D* değeri; 1,85x1014, R değeri; 159,467 A/W, S% değeri; 1,6x106 ve EQE(%) değeri; 54 olarak hesaplanmıştır. %9Mn:ZnO-NÇ16,5 fotodedektörün UV (367 nm) ışık altında, τr ve τd değerleri sırasıyla 21,1 s ve 57 s bulunmuştur. Beyaz ışık altında (840 mW/cm2) ise yük τr 0,91 s ve τd 4,19 s olarak hesaplanmıştır. Bu örneğe 10.000 defa içbükey, dış bükey bükme sonucunda, sağlamlık ve dayanıklılık göstermiştir. Esnek kendinden güç üreten yarı-katı-fotoelektrokimyasal (PEC) fotodedektör için İTOPET alttaş kullanılmıştır. İTOPET üzerine büyütülen Mn katkılı ZnO-NÇ inorganik halojenür perovskit olan CsPbBr3 tipi perovskit ile kaplanmış ve karbon kağıt ve İTOPET alttaşın karşıt elektrot olarak kullanılmasıyla sandviç formda birleştirilerek fotodedektör aygıt elde edilmiştir. İTOPET üzerine sentezlenen Mn katkılı ZnO-NÇ ve CsPbBr3 ilavesi ile elde edilen ince filmlerin UV-vis, SEM, XRD, EIS elementel haritalama ölçümleri alınmıştır. İTOPET/%5Mn:ZnO-NÇ/CsPbBr3 ince filmin 17 hafta UV-vis ölçümü alınmış, 538 nm dalga boyunda %7'lik küçük azalma olmuştur. %5Mn:ZnO-NÇ üzerine CsPbBr3 eklenmesi ile fotodedektör veriminde kayda değer artış gözlenmiştir. İTOPET/%5Mn:ZnO-NÇ/CsPbBr3 fotodedektörün, 400 nm (2,99 mW/cm2) dalga boyu ışık altında ve 0 volt D* değeri; 2,83x1012, R değeri; 95,12 mA/W, S% değeri; 8,04x106 ve harici kuantum verimi (EQE%); 29,55 olarak hesaplanmıştır. İTOPET/%5Mn:ZnO-NÇ/CsPbBr3 fotodedektörün UV (400 nm) ışık altında, yükselme zamanı ve alçalma zamanı değerleri, 10,62 ms ve 42,9 ms bulunmuştur. Bu fotodedektöre AM1,5 (100 mW/cm2) ışık altında 125 defa açma kapama ve 400 nm ışık altında 53 defa açma-kapama uygulanarak akım zaman ölçümleri alınmış ve kararlılık göstermiştir. Ayrıca farklı açılarda (35o, 45o ve 60o) 400 nm dalga boyu ışık altında 27 defa açma-kapama uygulanarak akım-zaman ölçümleri alınmıştır. AM1,5 ışk altında yükselme zamanı 13,33 ms ve alçalma zamanı 50,91 ms bulunmuştur. Ayrıca bu dedektörün 12 hafta sonunda yapılan akım-zaman ölçümünde hala fotodedektör özelliği sergilediği görülmüştür. Yarı-katı esnek kendinden güç üreten fotodedektör bir de çift katmanlı perovskit (Cs2AgBiBr6) kullanılarak üretilmiştir. ZnO-NÇ3K ve ZnO-NÇ3K Cs2AgBiBr6 ince filmlerin SEM analizi ve Cs2AgBiBr6 kristalin XRD ölçümü alınmıştır. İTOPET/ZnO-NÇ3K/Cs2AgBiBr6 fotodedektörün 0 V gerilim ve 382 nm dalga boyu ışık altında, yükselme zamanı 16,6 ms ve alçalma zamanı 8,76 ms bulunmuştur. Ayrıca farklı açılarda (35o, 45o ve 60o) 382 nm dalga boyu ışık altında 50 defa ışığı kapatıp açarak akım-zaman ölçümleri alınmıştır. Anahtar Kelimeler: Fotodedektör, Esnek, Poliimit, İTOPET, ZnO, Perovskit