等离子体表面处理ITO有机光伏电池提升其表面性能

铟锡氧化物(ITO)作为一种重要的透明半导体材料,不仅具有稳定的化学性质,而且具有优良的透光性和导电能力,因此在光电子工业中得到了非常广泛的应用。

ITO的导带主要由In和Sn的5s轨道组成,而价带则是氧的2p轨道占主导地位,氧空位及Sn取代掺杂原子构成施主能级并影响导带中的载流子浓度,ITO由于沉积过程中在薄膜中产生氧空位和Sn掺杂取代而形成高度简并的n型半导体,其费米能级Er位于导带底Ec之上,从而具有很高的载流子浓度和较低的电阻率。

另外,ITO的光学带隙较宽,因此它对可见光和近红外光都具有很高的透过率。由于ITO薄膜具有上述独特性质,所以它被广泛应用于光伏电池、电致发光、液晶显示、传感器和激光器等光电器件中。

众所周知,ITO属于非化学计量学化合物,沉积条件、后处理工艺和清洗方法等因素都将明显影响其表面性能。特别是其表面的表面形态和化学组分,从而影响ITO薄膜与有机层之间的界面特性,进而影响器件的光电性能。

因此商用ITO导电玻璃用于制作器件之前,通常需要采用适当的方法对ITO薄膜表面进行处理。通过改进其表面电学性能和表面形态来提高器件的性能。迄今为止,用于ITO表面改性的方法可以分为干法处理和湿法处理两种类型。

其中,干法处理通常采用各种电离气体等离子体对ITO表面进行清洗,来去除其表面污染,改善其表面形态;而湿法处理则通过不同的有机溶剂在ITO表面键合新的活性基团,以达到对其表面进行改性的目的。

采用氧等离子体处理对ITO阳极进行表面改性,处理前后ITO薄膜化学组分、晶体结构、透光性能和方块电阻的变化可以看出,未处理的ITO表面含有碳元素相关的残余污染物;而经过等离子体处理后,其峰值强度明显减小,这说明等离子体处理能有效去除ITO表面上的有机污染物。

等离子体表面处理在降低了ITO表面的碳浓度的同时,提高了ITO表面的氧浓度。从而改善了ITO表面的化学组分,这对于提高ITO的功函数、改善器件性能是非常重要的。