Fotovoltaik uygulamalar için Sb2S3 soğurucu tabaka üretimi ve incelenmesi

Günümüzde fotovoltaik güneş hücresi uygulamalarında soğurucu tabaka olarak sıklıkla kullanılan CuInGaSe2, CdTe ve Cu2ZnSnS4 gibi yarıiletken malzemelerle kıyaslandığında uzun vadede kararlı olan, ham malzeme maliyeti düşük olan, yüksek soğurma katsayısına sahip olan, az sayıda ve toksik olmayan elementlerden oluşan Sb2S3 filmi bilimsel araştırmalarda ilgi çeken bir malzeme olmaya başlamıştır. Bununla birlikte, Sb2S3 tabanlı güneş hücrelerinin verimlilik değerleri teorik olarak öngörülen değerin altında kalmaktadır. Bu sınırlamaya neden olan faktörlerin ortaya konulması açısından literatürdeki teorik ve deneysel çalışmalar yetersiz kalmaktadır. Bu değerlendirmeler tez çalışması kapsamında gelecekteki uygulamalar için umut vaat eden bir malzeme olan Sb2S3 filmlerinin üretimi ve deneysel olarak detaylı analizi konusunda motivasyon yaratmıştır. Sb2S3 filmleri ile ilgili olarak literatürde görülen eksiklerin giderilmesi ve vurgulanan problemlerin çözülmesi adına bu tez çalışmasında öncelikle dirençli ısıl buharlaştırma yöntemi ile Sb2S3 öncül kaplamaları elde edilmiş, daha sonrasında farklı sıcaklık, atmosfer ve gaz akış hızlarında gerçekleştirilen ısıl işlemler ile Sb2S3 filmlerinin üretimi ve optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Elde edilen Sb2S3 filmlerinin yapısal, optik, yüzeysel ve elektriksel özellikleri X-ışınları kırınımı (XRD), Raman Spektroskopisi, UV-VIS Spektroskopisi, Atomik Kuvvet Mikroskopisi (AKM) ve İki-uç tekniği gibi yöntemler ile detaylı bir şekilde araştırılmıştır. Uygulanan ısıl işlemler ile Sb2S3 filmlerinin herhangi bir ikincil faz olmaksızın elde edilebildiği, optik bant aralığı değerinin 1,7 eV'a kadar düşürülebildiği, bu tez çalışmasında ısıl işlemlerde kullanılmak üzere tasarlanan borosilikat hücrede yapılan sülfürleme işlemi ile literatürde sıklıkla vurgulanan kükürt problemin giderilebildiği ve Sb2S3 filmlerinin yüzey morfolojilerinin modifiye edilebildiği görülmüştür. Bununla birlikte yapılan tüm optimizasyon çalışmalarına rağmen elektriksel özdirenç değerlerinin arzu edilen mertebede azaltılamadığı ortaya konulmuştur. Bu tez çalışması kapsamında gerçekleştirilen çalışmalar sonucunda; özellikle enerji uygulamalarında umut vaat eden bir malzeme olarak öne çıkan Sb2S3 filmlerinin optimizasyonu açısından detaylı analizler gerçekleştirilmiş ve özellikle sülfürleme sürecinde kullanılan yöntem ile gelecekteki potansiyel araştırmalar için yol gösterici olabileceği düşünülen çıktılar ortaya konulmuştur.