Evidências da presença de espécies de NiOOH próximo à superfície em materiais de intercamada seletiva de NiOx processados em solução: impacto na energia e no desempenho de fotovoltaicos orgânicos em heterojunção de bulk

A caracterização e implementação de materiais de intercamada seletiva de buracos de óxido de níquel (NiOx) de banda larga processados em solução usados em fotovoltaicos orgânicos em heterojunção (BHJ) são discutidos. As propriedades elétricas da superfície e a seletividade de carga desses filmes finos são fortemente dependentes da química da superfície, energias das bordas de banda e concentrações de estados no meio da banda, conforme ditado pelas condições ambientais e pré-tratamentos do filme. Estados de superfície foram correlacionados com padrões para óxido de níquel, hidróxido e oxihidróxido, conforme determinado usando espectroscopia de fotoelétrons de raios X monocromática. Medidas de espectroscopia de fotoemissão ultravioleta e inversa mostram que as mudanças nas químicas da superfície impactam diretamente as energias da banda de valência. O tratamento com plasma O2 dos filmes de NiOx depositados foi encontrado para introduzir as espécies de superfície dipolares oxihidróxido de níquel (NiOOH), em vez do p-dopante Ni2O3, resultando em um aumento da energia da banda proibida elétrica para a região próxima à superfície de 3,1 para 3,6 eV via uma mudança no nível de vácuo. As propriedades de bloqueio de elétrons dos filmes de NiOx depositados e tratados com plasma O2 são comparadas usando tanto dispositivos somente de elétrons quanto BHJ. Intercamadas de NiOx tratadas com plasma O2 produzem dispositivos somente de elétrons com menor corrente de fuga e aumento nas tensões de acionamento. As diferenças no comportamento das diferentes intercamadas pré-tratadas parecem surgir de diferenças na densidade local de estados que compõem a banda de valência das intercamadas de NiOx e mudanças na energia da banda proibida, que influenciam sua seletividade de buracos. A presença de estados de NiOOH nesses filmes de NiOx e as reações químicas resultantes nas interfaces óxido/orgânico em fotovoltaicos orgânicos são previstas para desempenhar um papel significativo no controle da eficiência e da vida útil dos dispositivos OPV.