Çinko oksit alaşımlı saydam illetken oksit ince filmlerin fotovoltaik uygulamalar için R. F. manyetik sıçratma tekniğiyle biriktirilmesi

Saydam iletken oksit tabakalar (SİO) yüksek optik geçirgenlikli ve düşük öz dirence,sahip fotovoltayik malzemelerdir. Enerji tasarruflu, düşük emisyonlu pencere uygulamaları, dokunmatik ekran ve kontrol panelleri kullanım alanlarından bazılarıdır. Malzeme özelliklerine bağlı olarak, yaygın bir kullanım alanına sahiptirler. Ayrıca,elektriksel iletkenlikleri ve saydamlık özellikleri sayesinde güneş pilleri ve düz panel ekranlarda ön yüzey elektrotu olarak da kullanılmaktadırlar. Günümüzde, yüksek optik geçirim, düşük elektriksel direnç, ucuz hammadde maliyeti, toksik olmama gibi özellikleri sayesinde çinko oksit (ZnO) ve alüminyum katkılı çinko oksit (ZnO:Al) erin yeni nesil SİO malzemesi olarak kullanımı günden güne artmaktadır. Ayrıca, bu tabakalar birçok biriktirme tekniğine kolaylıkla adapte edilebilmektedir ve manyetik alanda sıçratma bu tekniklerden biridir. Yapılan birçok araştırmaya göre, biriktirme hızı, uygulanan r.f. gücü, hedef-altlık mesafesi, ısıtma, proses basıncı, vb. sıçratma parametrelerinin elde edilen ince film özelliklerine etkisi kritik önem taşımaktadır. Bu parametre etkilerini anlamak için, ZnO ve 2% Al katkılı ZnO ince filmler cam altlık üzerine r.f. manyetik alanda sıçratma yöntemi kullanılarak ısıtma işlemi uygulanmaksızın büyütülmüştür. Uygulanan r.f. gücü 145 W-175 W arasında değişirken, hedef-altlık mesafesi 35 mm-65 mm aralığında belirlenmiştir. Proses gazı olarak argon kullanılmış ve basınç 0.15 Pa-0.60 Pa aralığında değişmiştir. İncelemeler küçük değişim aralıklarında gerçekleştirilmiştir. Büyütülen ince filmlerin karakterizasyonunda çok çeşitli teknikler kullanılmıştır. Bunlar; X-ışınları difraksiyonu (XRD), atomik kuvvet mikroskopisi (AFM), taramalı elektron mikroskopisi (SEM), yüksek çözünürlüklü geçirimli elektron mikroskopisi (HRTEM), dört uçlu ölçüm probu ve optik geçirim (UV-Vis.) şeklindedir. Elde edilen sonuçlara göre katkısız ZnO ince filmler için en düşük öz direnç (1.16×10- 3Ω-cm) ve en yüksek optik geçirim (80%) gibi özellikler; 165 W r.f. gücünde, 45 mm hedef- altlık mesafesinde ve 0.30 Pa değerlerinde elde edilirmiştir. Ancak, ZnO:Al ince filmler için en iyi sonuçlar 165 W r.f. gücünde, 45 mm hedef- altlık mesafesinde ve 0.30 Pa proses gaz basıncında elde edilmiştir. Elde edilen bütün ince filmler, c-(002) kristolografik ekseninde altlık yüzeyine dik olarak yönlenmiştir. Ayrıca ZnO:Al ince filmler ZnO ince filmlere kıyasla daha düşük öz direnç (1.1 ×10-3 Ω.cm) ve daha yüksek optik geçirim (86%) değerine sahiptir. Elektriksel bant geçirim aralıkları ise, 3.45 eV- 3.87 eV aralığında değişmiştir. Yüzey pürüzlülük değerleri (RMS) ZnO için 5.44 nm ZnO:Al için 2.36 nm olarak ölçülmüştür. Bu çalışmalara ilaveten ZnO:Al ince film büyütme parametreleri a-Si: H/c-Si Heteroeklem güneş pillerine uygulanmış, elde edilen değerler termodinamiksel olarak analiz edilmiştir.