Application of high mobility molybdenum doped indium oxide (IMO) thin films in organic solar cell

Abstract

近年來，透明導電薄膜在光電產業領域中極受歡迎，許多不同的導電薄膜被廣泛深入的研究。主要的光電產品如太陽能電池、發光二極體、平面顯示器等都與透明導電玻璃息息相關。所以發展新一代的導電薄膜是必要的。氧化銦鉬(Indium molybdenum oxides, IMO)薄膜近年來深深的受到重視，因其具有高電子遷移率和低電阻率的特性，能有效的提高近紅外光區域的穿透率。本論文中主要探討利用RF磁控濺鍍法在玻璃基板上製備IMO薄膜。以共濺鍍的方式改變氧化銦和鉬金屬靶的濺鍍功率比例，以得到不同比例的氧化銦鉬薄膜。製備薄膜完成後再進行退火處理，使能更進一步改善薄膜的性質。 由材料分析方面的實驗結果可知，隨著Mo含量越多，其穿透率相對而言越低。在常溫之下載子遷移率平均大約在10 cm2/Vs。In2O3/Mo功率比在60/6時候有較好的特性。接著改變基板溫度，由XRD量測中可得知基板溫度在225℃的結晶性最好。若溫度過高，由XRD、電性、光性皆可得知薄膜的結晶性變差，電阻率很明顯升高，穿透率也跟著降低。接著進行退火的處理。在退火之後，所有的鍍層均往最低能量的優選方向成長。其主要的結晶面均為(222)。實驗結果可知退火溫度在300℃時薄膜有最佳特性，電阻率最低為3.55×10-4 Ω-cm，最高電子遷移率為41.56 cm2/Vs。 由材料應用方面，將IMO薄膜應用在有機太陽能電池。其中在作動層中，施體材料為P3HT，而受體為PCBM。由實驗結果得知，在60/6時退火時間140s時有最好的效率可高達3.7755％。此時的填充因子提升至66.38％，斷路電流則可達9.4794 mA/cm2。由以上結果可知，IMO薄膜的特性對有機太陽能電池的效率影響極大。