The physical properties of CZTS absorber layer for solar cell application

Abstract

In this research, the Kesterite structure CZTS absorber layer was deposited on the glass substrate using a vacuum thermal evaporation technique. The morphological, electrical, structural, and optical properties of the produced films were examined utilizing Atomic Force Microscopy, Hall Effect Measurement system, Raman spectroscopy, and UV-Vis spectrophotometer measurements. The Raman analysis confirms the domination of Kesterite phase CZTS on the glass substrate, while secondary and ternary phases are also detected. According to the optical results, the optical bandgap value was calculated as 1.46 eV. The film's electric resistivity was measured as about 67 and 331 Ω.cm at 1 and 100 nA currents, respectively. The carrier concentration values were similarly calculated at 10¹⁵ cm-³for 1 and 100 nA, respectively. Regarding the surface analysis, the RMS roughness value of the film is measured as approximately 5 nm. The RMS roughness and optical bandgap values illustrate the excellent morphological distribution and optical properties and proved that the used deposition technique is one of the best methods.

Bu araştırmada, Kesterit yapılı CZTS soğurucu tabaka cam alttaş üzerine vakum termal buharlaştırma tekniği ile biriktirilmiştir. Üretilen filmin morfolojik, elektriksel, yapısal ve optik özellikleri sırasıyla Atomik Kuvvet Mikroskobu, Hall Etkisi Ölçüm sistemi, Raman spektroskopisi ve UV-Vis spektrofotometre ölçümleri ile incelenmiştir. Raman analizi, Kesterit fazı CZTS'nin cam alttaş üzerindeki baskınlığını doğrularken, ikincil ve üçlü fazlar da tespit edilmiştir. Optik sonuçlara göre optik yasak enerji bant aralığı değeri 1.46 eV olarak hesaplanmıştır. Filmin elektriksel karakteristiği 1 ve 100 nA'da sırasıyla yaklaşık 67 ve 331 Ω.cm direnç göstermiştir. Taşıyıcı konsantrasyon değerleri, sırasıyla 1 ve 100 nA için benzer şekilde 10¹⁵ cm-³ mertebesinde ölçülmüştür. RMS pürüzlülüğü ve optik bant aralığı değerleri, mükemmel morfolojik dağılım ve optik özellikler göstermiştir ve kullanılan biriktirme tekniğinin diğerleri arasında en iyi tekniklerden biri oluğunu kanıtlamıştır.