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空間原子層蒸着酸化チタンに及ぼすアニール温度の影響とペロブスカイト太陽電池への応用
Effect of Annealing Temperature on Spatial Atomic Layer Deposited Titanium Oxide and Its Application in Perovskite Solar Cells.
PMID: 32635629 DOI: 10.3390/nano10071322.
抄録
本研究では、空間原子層蒸着法(sALD)を用いて、チタンテトライソプロポキシドと水を前駆体として用いて二酸化チタン(TiO)薄膜を作製した。この方法では、TiO薄膜の特性に与える影響を調べるために、ポストアニール温度を変化させた。実験の結果、sALD TiOの1サイクルあたりの成膜速度は、酸素プラズマやオゾン酸化剤を用いた他のALDプロセスと同等であり、チタンテトライソプロポキシドの立体障害によって成長が制限されていることが示唆された。堆積したままのsALD TiO膜の構造は、アモルファスであり、450℃のアニール温度で多結晶アナターゼに変化する。全てのsALD TiO膜は、500nm以上の波長で10cmレベルの低い吸収係数を有している。550℃のアニール温度は、屈折率とX線光電子分光計の測定によって評価される高いコンパクト性を有することが期待される。最後に、550℃アニールした厚さ8nmのsALD TiO膜をコンパクトな電子輸送層としてペロブスカイト太陽電池に適用した。開放電圧と変換効率が大幅に向上したことから、ペロブスカイト太陽電池用途におけるsALD TiOコンパクト層の大きな可能性が実証された。
In this study, spatial atomic layer deposition (sALD) is employed to prepare titanium dioxide (TiO) thin films by using titanium tetraisopropoxide and water as metal and water precursors, respectively. The post-annealing temperature is varied to investigate its effect on the properties of the TiO films. The experimental results show that the sALD TiO has a similar deposition rate per cycle to other ALD processes using oxygen plasma or ozone oxidant, implying that the growth is limited by titanium tetraisopropoxide steric hindrance. The structure of the as-deposited sALD TiO films is amorphous and changes to polycrystalline anatase at the annealing temperature of 450 °C. All the sALD TiO films have a low absorption coefficient at the level of 10 cm at wavelengths greater than 500 nm. The annealing temperatures of 550 °C are expected to have a high compactness, evaluated by the refractive index and x-ray photoelectron spectrometer measurements. Finally, the 550 °C-annealed sALD TiO film with a thickness of ~8 nm is applied to perovskite solar cells as a compact electron transport layer. The significantly enhanced open-circuit voltage and conversion efficiency demonstrate the great potential of the sALD TiO compact layer in perovskite solar cell applications.