Sự phụ thuộc của đặc tính tế bào quang điện hữu cơ vào tính chất của lớp đệm điện cực dương NiO

SỰ PHỤ THUỘC CỦA ĐẶC TÍNH TẾ BÀO QUANG ĐIỆN HỮU CƠ VÀO TÍNH

CHẤT CỦA LỚP ĐỆM ĐIỆN CỰC DƯƠNG NiO.

EFFECT OF THE DEPOSITION CONDITIONS OF NiO ANODE BUFFER LAYERS

IN ORGANIC SOLAR CELLS, ON THE PROPERTIES OF THESE CELLS

Nguyễn Đức Tường, Nguyễn Minh Cường

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên

TÓM TẮT

Màng mỏng oxit Niken (NiO) được nắng đọng bằng phương pháp Phún xạ Từ trường điện

cực âm, được sử dụng làm lớp đệm điện cực dương trong tế bào quang điện hữu cơ trên cơ sở đa

tiếp giáp phẳng CuPc/C60. Trước tiên, chúng tôi nhận thấy rằng thuộc tính của lớp màng mỏng

NiO phụ thuộc vào áp suất riêng phần khí oxy trong quá trình lắng đọng. Phim NiO là màng kim

loại dẫn điện trong khoảng áp suất riêng phần của oxy từ 0 đến 2%, là bán dẫn loại p trong

khoảng 2 đến 6% và lớn hơn 9%, là bán dẫn loại n khi áp suất riêng phần của oxy trong khoảng

từ 6 đến 9%. Hình thái học của những phim NiO cũng phụ thuộc vào áp suất riêng phần của oxy.

Thật vậy, đối với những phim có độ dầy 4 nm thì độ nhám tuyệt đối của bề mặt là 6,59 nm khi

phún xạ ở lưu lượng oxy là 7,4%, và ở 16,67% thì độ nhám cao gấp đôi, 12,27 nm. Độ nhám có ý

nghĩa cho “quá trình hình thành” cần thiết trong Pin quang điện hữu cơ nhằm giảm dòng điện rò.

Tuy nhiên, nếu lớp đệm điện cực dương ở độ dầy 20 nm thì quá trình hình thành này sẽ không

cần thiết.

ABSTRACT

NiO thin films deposited by Cathode magnetron sputtering were used as anode buffer layer in

organic photovoltaic cells (OPVs) based on CuPc/C60 planar heterojunctions. Firstly, we show

that the properties of the NiO films depend on the O2 partial pressure during deposition. The

films are first conductive between 0 and 2 % partial oxygen pressure, then they are

semiconductor and p-type between 2 and 6 % partial oxygen pressure, between 6 and 9 % partial

oxygen pressure the conduction is very low and the films are n-type and finally, for a partial

oxygen pressure higher than 9 %, the conduction is p-type. The morphology of these films

depends also of the O2 partial pressure. When the NiO films is thick of 4 nm, its peak to valley

roughness is 6 nm, when it is sputtered with a gas containing 7.4% of oxygen, while it is more

than double, 13.5 nm, when the partial pressure of oxygen is 16.67%. This roughness implies that

a forming process, i.e. a decrease of the leakage current, is necessary for the OPVs. The forming

process is not necessary if the NiO ABL is thick of 20 nm.

Key word: Organic photovoltaic cells, anode buffer layer, NiO thin films, DC sputtering,

forming process, annealing.