Fotokromik Organik Ligandlar Kullanılarak Elde Edilen Fotodiyotların Fabrikasyonu ve Elektriksel Karakterizasyonu

Abstract

ÖZET: Bu çalışmada temel organik moleküler baz alınarak iki farklı organik fotokromik malzeme kullanılarak yarıiletken tabanlı fotodiyotların fabrikasyonu ve karakterizasyonu yapılmıştır. Bu iki aygıt D1 ve D2 olarak adlandırılmıştır. Arayüzey organik malzemelerin optik özellikleri 400-600 nm dalga boyu aralığında alınan UV-ölçümleri ile analiz edilerek bu malzemelerin bant aralığı 2,25 eV, 2,26 eV olarak hesaplandı. Termal buharlaştırma yöntemi ile p-Si parlak yüzeyine organik kompleksler ince film şeklinde kaplandı. Fabrikasyonu tamamlanan malzemelerin yüzey morfolojisini incelemek için AFM cihazı kullanıldı. Yüzey pürüzlülükleri sırasıyla 0,98 nm, 0,25 nm olarak elde edildi. Elde edilen aygıtların fotovoltaik performansını anlayabilmek için karanlık ve güneş simülatörü ile 30-100 mW/cm2 arasında farklı ışık şiddetleri altında elde edilen akım-gerilim (I-V) karakteristiğinden engel yüksekliği, idealite faktörü, seri direnç, şönt direnç ve doğrultma oranı parametreleri hesaplandı. Organik arayüzeye sahip fotodiyotların, ışık şiddetinin artması ile ters beslem bölgesinde akımın arttığı gözlemlendi. Karanlık ortamda alınan ölçümlerin Termiyonik emisyon (TE) teorisi ile D1, D2 organik arayüzeyli aygıtların engel yüksekliği sırasıyla 0,73 eV, 0,73 eV ve idealite faktörleri 1,86 ve 1,88 olarak hesaplandı. Sadece bir fiziksel parametrenin değişimi ile değil aynı zamanda farklı bir fiziksel uyaran olan sıcaklıkla ilgili diyot karakteristiği de incelenmiştir. 100-320 K aralığında 20K’lik sıcaklık adımları ile, aygıt karakteristiğinde meydana gelen değişimler incelenmiştir. Yapılan ölçümlerde yarı logaritmik I-V eğrileri Ohm kanunu, TE, Norde ve Cheung fonksiyonları yardımıyla (Io) sızıntı akımı, (n) idealite faktörü, (Φb) bariyer yüksekliği ve (Rs) seri direnç diyot parametreleri hesaplanıldı. Frekansa bağlı diyot parametrelerini incelemek üzere 5-5000 kHz aralığında kapasite, iletkenlik, seri direnç diyot parametreleri incelendi.

ABSRACT: In this study, fabrication and characterization of semiconductor-based photodiodes were performed using two different organic photochromic materials based on basic organic molecules. These two devices are named D1, D2. The optical properties of the interfacial organic materials were analyzed by UV-measurements and the band gap was calculated as 2.25 eV, 2.26 eV. Organic complexes were coated in the form of thin films on the p-Si surface with a thermal evaporation device. AFM device was used to examine the surface morphology of the fabricated materials. In order to understand the photovoltaic performance, the barrier height, ideality factor, series resistance, shunt resistance and rectification ratio parameters were calculated under different light intensities between 30-100 mW/cm2 under the dark and solar simulator. It was observed that the current in the reverse bias region increased with the increase of light intensity of photodiodes with organic interfaces. The barrier height of the D1, D2 organic interface photodiodes was calculated as 0.73 eV, 0.73 eV, and the ideality factors were calculated as 1.86 and 1.88, respectively, with the thermionic emission (TE) theory of the measurements taken in the dark condition. The diode characteristic of not only the change of a physical parameter, but also a different physical stimulus, temperature, has been investigated. The change in the device was investigated with 20K temperature steps in the range of 100-320 K. In the measurements made, (Io) leakage current, (n) ideality factor, (Φb) barrier height and (Rs) series resistance diode parameters were calculated with the help of semi-logarithmic I-V curves, Ohm's law, TE, Norde and Cheung functions. In order to examine the frequency dependent diode parameters, the diode parameters of capacitance, conductivity and series resistance in the range of 5-5000 kHz were examined.