等離子體表面處理ITO有機光伏電池提升其表面性能

銦錫氧化物(ITO)作為一種重要的透明半導體材料,不僅具有穩定的化學性質,而且具有優良的透光性和導電能力,因此在光電子工業中得到了非常廣泛的應用。

ITO的導帶主要由In和Sn的5s軌道組成,而價帶則是氧的2p軌道占主導地位,氧空位及Sn取代摻雜原子構成施主能級并影響導帶中的載流子濃度,ITO由于沉積過程中在薄膜中產生氧空位和Sn摻雜取代而形成高度簡并的n型半導體,其費米能級Er位于導帶底Ec之上,從而具有很高的載流子濃度和較低的電阻率。

另外,ITO的光學帶隙較寬,因此它對可見光和近紅外光都具有很高的透過率。由于ITO薄膜具有上述獨特性質,所以它被廣泛應用于光伏電池、電致發光、液晶顯示、傳感器和激光器等光電器件中。

眾所周知,ITO屬于非化學計量學化合物,沉積條件、后處理工藝和清洗方法等因素都將明顯影響其表面性能。特別是其表面的表面形態和化學組分,從而影響ITO薄膜與有機層之間的界面特性,進而影響器件的光電性能。

因此商用ITO導電玻璃用于制作器件之前,通常需要采用適當的方法對ITO薄膜表面進行處理。通過改進其表面電學性能和表面形態來提高器件的性能。迄今為止,用于ITO表面改性的方法可以分為干法處理和濕法處理兩種類型。

其中,干法處理通常采用各種電離氣體等離子體對ITO表面進行清洗,來去除其表面污染,改善其表面形態;而濕法處理則通過不同的有機溶劑在ITO表面鍵合新的活性基團,以達到對其表面進行改性的目的。

采用氧等離子體處理對ITO陽極進行表面改性,處理前后ITO薄膜化學組分、晶體結構、透光性能和方塊電阻的變化可以看出,未處理的ITO表面含有碳元素相關的殘余污染物;而經過等離子體處理后,其峰值強度明顯減小,這說明等離子體處理能有效去除ITO表面上的有機污染物。

等離子體表面處理在降低了ITO表面的碳濃度的同時,提高了ITO表面的氧濃度。從而改善了ITO表面的化學組分,這對于提高ITO的功函數、改善器件性能是非常重要的。