İki-aşamalı bir teknik kullanılarak büyütülen Cu(In, Ga)Te2 (CIGT) ince filmlerinin bazı yapısal özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Na katkılı Cu(In,Ga)Te2 (CIGT) ince filmleri, iki aşamalı bir teknik kullanılarak büyütüldü. İşlemin birinci aşamasında, Cu, In ve Ga öncül katmanları elektro-depolama yöntemi ile Mo kaplı paslanmaz çelik altlıklar üzerine kaplandı. Kaplanan bu filmler üzerine katkı maddesi olarak sırasıyla NaF ve Te katyonu elektron demeti buharlaştırma metodu kullanılarak buharlaştırıldı. Çalışmanın ikinci aşamasında, folyo/Mo/(Cu, In, Ga)/NaF/Te katman dizilimine sahip prekörsürler hızlı tavlama yöntemi (RTP) ile 600°C sıcaklıkta ısıl işleme maruz bırakıldı. Reaksiyon sıcaklığına (600°C) çıkış hızları 0,5 °C/s ila 10 °C/s arasında değiştirilmiş olup tavlama süreleri ise 1 ve 5 dakika olarak ayarlanmıştır. Üretilen filmlerde, reaksiyon sıcaklığına çıkış hızının ve tavlama süresinin etkileri incelenmiştir. Gerçekleştirilen analizler ışığında 1 dk. ısıl işlem uygulanan numunelerde, 0.5-5°C/s'lik çıkış hızlarında InTe fazının oluştuğu, 10°C/s'lik çıkış hızında ise bu fazın oluşmadığı tespit edildi. Tavlama süresinin 5 dk.'ya çıkarılmasıyla beraber 1 dk. tavlama süresinde görülen InTe fazının çıkış hızlarından bağımsız bir şekilde ortadan kaybolduğu, tek fazlı CIGT kalkopirit yapısının oluştuğu tespit edildi. Yapılan analizler sonucunda yüksek çıkış hızları ve daha uzun tavlama süreleriyle beraber numunelerin daha iyi kristalleşme gösterdiği, aynı koşullarda film morfolojilerinin de iyileştiği görüldü. Galyum gradyantı, çıkış sürelerinden bağımsız olarak tüm katmanlarda tespit edilirken, film yüzeylerinin ise In zengini olduğu tespit edildi. Na-doped Cu(In,Ga)Te2 (CIGT) thin films were grown using a two-stage technique. In the first stage of the process, precursor layers were deposited on Mo-coated stainless steel foil substrates by electrodeposition method followed by evaporation of NaF and Te using electron-beam system to form foil/Mo/(Cu, In, Ga)/NaF/Te stacks. In the second stage, the stacks were annealed at reaction temperature of 600°C employing rapid thermal processing (RTP) to obtain CIGT structure. The ramping rate of the temperature was changed from 0.5 °C/sec to 10 °C/sec, and dwell time of the reaction was selected 1 and 5 min. In this way, impact of the ramping rate of the temperature and reaction time on the properties of CIGT films were investigated. It was found that InTe secondary phase was detected for the samples which had 0.5-5 °C/sec ramping rates and 1 min reaction time apart from the sample heated with 10 °C/sec. Extension of the reaction time from 1 to 5 min gave rise to disappear of InTe secondary phase from the samples regardless of the ramping rates and contributed to form single phase CIGT compound. In conclusion, it can be said that higher ramping rates and longer reaction time enhanced the crystallization and morphologies of the films. Gallium gradient and In-rich surface were detected in all films irrespective of the ramping rate of the temperature and reaction time.