COMPARISON OF OPTICAL AND STRUCTURAL PROPERTIES OF UNDOPUTED AND AL-DOPPED ZNO THIN FILMS OBTAINED BY SPIN COATING TECHNIQUE

Özet

ÖZET

Ekonomik koşulların ve çevresel faktörlerin etkisiyle alternatif enerji kaynakları arayışları bilim dünyasında önemli bir yer edinmiştir. Enerji tüketimi kaçınılmaz olarak artmış olup, sentez tekniklerinin kalitesinin artması bilim ve teknolojideki gelişmelere bağlıdır. Güneş ışığı, güneş hücreleriyle birlikte termal veya elektrik enerjisine dönüştürülen en temiz ve en bol yenilenebilir enerji kaynağıdır. Şeffaf iletken oksit (TCO) ince filmler, uygun elektro-optik özellikleri nedeniyle güneş hücrelerinin ön tarafında yaygın olarak kullanılmaktadır. ZnO (saf ve katkılı) gibi toksik olmayan TCO'lar, uyarlanabilir elektronik uygulamalar için üstün ilgi görmüştür.

Saf ve farklı oranlarda Al katkılı ZnO ince film, uygun maliyetli ve basit bir yöntem olan sol-jel döndürerek kaplama tekniği kullanılarak düşük hacimli çözeltiyle soda kireç camı üzerinde üretildi. Optimum tavlama sıcaklığı 700 ⁰C’ 1 saat süreyle kristal ince film katmanları elde edilmiştir. Optik geçirgenlik ve yapısal özellikler, saf ve farklı oranlarda Al katkılı ince filmler sistematik olarak karşılaştırılarak incelenmiştir. Al katkılı ZnO ince filmlerin (002) kırınım düzlemi boyunca tercihli bir yönelim sergilediği görülmüştür. Al katkılı atomların etkisi, ZnO kafes yapısının yeniden düzenlenmesine ve tane büyümesinin desteklenmesine yol açtı. Dolayısıyla taneler arasındaki tane sınırı azaldı ve kafesteki düzensizlikler ve kusurlar azaldı.

Görünür aralıkta % 85’in üzerinde geçirgenlik sergileyen optik şeffaflık ve kritik üretim parametreleri sol-jel döndürerek kaplama tekniği ile edilen ZnO ince filmin ticarileştirilmesiyle uygun yatırım olanağını göstermiştir. Artan Al konsantrasyonu nedeniyle, filmlerin UV soğurma kenarı maviye kayma gösterdi ve buda enerji bant aralığının genişlemesine neden olmuştur. Yapısal ve mikroelektronik özellikler XRD analiz edilmiştir. XRD analizi sonucunda ZnO:Al altıgen wurtzite kristal yapısı sergilediği görülmüştür. Artan Al konsantrasyonuna bağlı olarak atomların çapları arasındaki fark nedeniyle filmin kristalliği bir miktar azaldı. Öte yandan tavlama sıcaklığının artmasıyla tanecikler arasındaki tane sınırı azalmıştır.

Bu çalışmada, ZnO ince filmlerin mikroelektronik cihazlarda ve güneş enerjisi sistemlerinde daha verimli kullanılmasının ve nispeten daha uygun maliyetli bir kaplama teknolojisinin araştırılması yapılmıştır.