Photoelectron Spectroscopic Analysis of Solution-Processed Nickel Oxide: Surface Modification and Interfaces in Organic Solar Cells

This thesis contributes to the understanding and controlling of the surface properties of solution-processed nickel oxide (NiO) and generally helps to properly interpret photoelectron spectra of NiO-based samples. The metal oxide semiconductor NiO possesses excellent charge selective properties and is often used in hole transport layers in optoelectronic devices. However, controlling the properties of NiO is extremely difficult, especially when it is solution-processed. In this thesis, the chemical composition and electronic properties of solution-processed NiO are analyzed as a function of the manufacturing parameters and surface modifications in form of oxygen plasma treatment and surface functionalization with self-assembled monolayers. The spectroscopic data obtained are correlated with the performance of corresponding NiO-based organic solar cells and conclusions on interface engineering are derived. The findings allow for an optimized application of solution-processed NiO layers in optoelectronic components.

Diese Arbeit trägt zum Verständnis und zur Kontrolle der Oberflächeneigenschaften von flüssig-prozessiertem Nickeloxid (NiO) bei und hilft allgemein bei der korrekten Interpretation von Photoelektronenspektren von NiO-basierten Proben. Das Metalloxid-Halbleiter-Material NiO weist ausgezeichnete ladungsselektive Eigenschaften auf, weswegen es häufig in Lochtransportschichten in optoelektronischen Bauelementen verwendet wird. Allerdings ist die Kontrolle der Eigenschaften von NiO äußerst schwierig, insbesondere wenn es aus Lösung verarbeitet wird. In dieser Arbeit werden daher die chemische Zusammensetzung und die elektronischen Eigenschaften von flüssigprozessiertem NiO in Abhängigkeit von den Herstellungsparametern charakterisiert und die Auswirkungen von Oberflächenmodifikationen in Form von Sauerstoffplasmabehandlung und Funktionalisierung mit selbstorganisierten Monolagen eingehend analysiert. Die gewonnenen spektroskopischen Daten werden mit den Eigenschaften entsprechender organischer Solarzellen auf NiO-Basis korreliert und Schlussfolgerungen bezüglich Grenzflächen Designprinzipien abgeleitet. Die Ergebnisse ermöglichen eine optimierte Anwendung von flüssigprozessierten NiO-Schichten in optoelektronischen Komponenten.