Ηλεκτρολυτική εναπόθεση λεπτών υμένιων τελλουριούχου κάδμιου σε υπόστρωμα νικελίου

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ηλεκτρολυτική εναπόθεση λεπτών υμενίων τελλουριούχου καδμίου (CdTe) σε υπόστρωμα νικελίου (Ni) και ο χαρακτηρισμός των δοκιμίων με βάση τις ηλεκτρικές ιδιότητές τους. Τα κεφάλαια 1 έως 5 αποτελούν το θεωρητικό μέρος της εργασίας. Στο 1ο κεφάλαιο παρουσιάζονται βασικές έννοιες της Επιστήμης των Υλικών όπως οι χημικοί δεσμοί, οι ενεργειακές ζώνες και η ηλεκτρική αγωγιμότητα που είναι απαραίτητες για την κατανόηση της συμπεριφοράς των ημιαγωγών άρα και των φωτοβολταϊκών στοιχείων. Στο 2ο κεφάλαιο αναλύονται οι ημιαγωγοί ενώ στο 3ο οι ημιαγώγιμες διατάξεις όπως η δίοδος Schottky και η δίοδος p-n. Στο 4ο κεφάλαιο γίνεται μία εισαγωγή στην ηλιακή ενέργεια και ακτινοβολία, περιγράφεται το φωτοβολταϊκό φαινόμενο και αναλύονται φωτοβολταϊκές διατάξεις που έχουν ως βάση τους ημιαγωγούς. Στο 5ο κεφάλαιο περιγράφονται θεωρητικά η ηλεκτρόλυση και η ηλεκτρολυτική εναπόθεση ενώ επιπλέον δίνονται πληροφορίες για το τελλουριούχο κάδμιο (CdTe). Τα κεφάλαια 6 και 7 αποτελούν το πειραματικό μέρος της εργασίας. Στο 6ο κεφάλαιο περιγράφεται ο εξοπλισμός που είναι διαθέσιμος στο εργαστήριο και η πορεία της πειραματικής διαδικασίας. Συγκεκριμένα στην ηλεκτρολυτική εναπόθεση χρησιμοποιήθηκε διάλυμα νερού και θειικού καδμίου με pH 2,2 σε θερμοκρασίες 65℃ έως 95℃. Ετοιμάστηκαν 5 δοκίμια και μέσω μετρήσεων προσδιορίστηκε το ρεύμα ηλεκτρόλυσης, η χαρακτηριστική I-V και η κρυσταλλική δομή του στρώματος που αναπτύχθηκε. Τέλος, έγιναν παρατηρήσεις για τη συγκεκριμένη πειραματική διαδικασία και δόθηκαν συστάσεις για μελλοντικά πειράματα ηλεκτρολυτικής εναπόθεσης τελλουριούχου καδμίου (CdTe) σε υπόστρωμα νικελίου.

The topic of this Diploma thesis is the electrolytic deposition of cadmium telluride (CdTe) thin films in nickel (Ni) substrate and their characterization based on their electrical properties. Chapters 1 to 5 consist of the theoretical part of the Diploma thesis. The 1st chapter is an introduction to the fundamentals of Material Science such as chemical bonds, energy bands and electrical conductivity which are necessary to understand the behavior of semiconductors and photovoltaics. The 2nd chapter presents an overview of semiconductors and the 3rd chapter analyses specific semiconductor devices such as the Schottky diode and p-n junction. The 4th chapter provides information on solar energy and radiation, describes the photovoltaic effect and presents an analysis for photovoltaic devices based on semiconductors. In the 5th chapter electrolysis and electrolytic deposition are described and information on cadmium telluride is also provided. Chapters 6 and 7 demonstrate the experimental part of the Diploma thesis. The laboratory equipment and the experimental process are shown in chapter 6. The solution used for the electrolytic deposition, consisted of water and cadmium sulfate of pH 2.2 and the experiment was repeated over the temperature range from 65℃ to 95℃. Five samples were prepared. The current flowing during the electrolysis process, their I-V characteristics and the attained crystal structure of the overlayers were determined. Finally, the results are discussed and advice for future experiments is given regarding the electrolytic deposition of cadmium telluride thin films in nickel substrate.