The electronic structure of thermally co-evaporated indium-tungsten-oxide films is investigated. The stoichiometry is varied from pure tungsten oxide to pure indium oxide, and the band alignment at the indium-tungsten-oxide/crystalline silicon heterointerface is monitored. Using in-system photoelectron spectroscopy, optical spectroscopy, and surface photovoltage measurements, we show that the work function of indium-tungsten-oxide continuously decreases from 6.3 eV for tungsten oxide to 4.3 eV for indium oxide, with a concomitant decrease in the band bending at the hetero interface to crystalline silicon than indium oxide.
References
1.
J.
Werner
, J.
Geissbühler
, A.
Dabirian
, S.
Nicolay
, M.
Morales-Masis
, S.
De Wolf
, B.
Niesen
, and C.
Ballif
, ACS Appl. Mater. Interfaces
8
, 17260
(2002
).2.
C.
Battaglia
, S.
Martín de Nicolás
, S.
De Wolf
, X.
Yin
, M.
Zheng
, C.
Ballif
, and A.
Javey
, Appl. Phys. Lett.
104
, 113902
(2014
).3.
J.
Bullock
, M.
Hettick
, J.
Geissbühler
, A. J.
Ong
, T.
Allen
, C. M.
Sutter-Fella
, T.
Chen
, H.
Ota
, E. W.
Schaler
, S.
De Wolf
et al., Nat. Energy
1
, 15031
(2016
).4.
N.
Naghavi
, D.
Abou-Ras
, N.
Allsop
, N.
Barreau
, S.
Bücheler
, A.
Ennaoui
, C.-H.
Fischer
, C.
Guillen
, D.
Hariskos
, J.
Herrero
et al., Prog. Photovoltaics: Res. Appl.
18
, 411
(2010
).5.
M. T.
Greiner
, M. G.
Helander
, W.-M.
Tang
, Z.-B.
Wang
, J.
Qiu
, and Z.-H.
Lu
, Nat. Mater.
11
, 76
(2012
).6.
J.
Meyer
, T.
Winkler
, S.
Hamwi
, S.
Schmale
, H.-H.
Johannes
, T.
Weimann
, P.
Hinze
, W.
Kowalsky
, and T.
Riedl
, Adv. Mater.
20
, 3839
(2008
).7.
J.
Robertson
and R. M.
Wallace
, Mater. Sci. Eng. R: Rep.
88
, 1
(2015
).8.
C. G.
Granqvist
, Sol. Energy Mater. Sol. Cells
60
, 201
(2000
).9.
N.
Ito
, Y.
Sato
, P. K.
Song
, A.
Kaijio
, K.
Inoue
, and Y.
Shigesato
, Thin Solid Films
496
, 99
(2006
).10.
Y.
Yoshida
, D. M.
Wood
, T. A.
Gessert
, and T. J.
Coutts
, Appl. Phys. Lett.
84
, 2097
(2004
).11.
Y.
Abe
, N.
Ishiyama
, H.
Kuno
, and K.
Adachi
, J. Mater. Sci.
40
, 1611
(2005
).12.
A.
Klein
, C.
Körber
, A.
Wachau
, F.
Säuberlich
, Y.
Gassenbauer
, S. P.
Harvey
, D. E.
Proffit
, and T. O.
Mason
, Materials
3
, 4892
(2010
).13.
14.
S.-H.
Wei
, S. B.
Zhang
, and A.
Zunger
, Appl. Phys. Lett.
72
, 3199
(1998
).15.
R. A.
Street
, Hydrogenated Amorphous Silicon
(Cambridge University Press
, 1991
).16.
P.
Schulz
, E.
Edri
, S.
Kirmayer
, G.
Hodes
, D.
Cahen
, and A.
Kahn
, Energy Environ. Sci.
7
, 1377
(2014
).17.
R.
Anthonj
, N.
Karl
, B. E.
Robertson
, and J. J.
Stezowski
, J. Chem. Phys.
72
, 1244
(1980
).18.
K.-U.
Ritzau
, M.
Bivour
, S.
Schröer
, H.
Steinkemper
, P.
Reinecke
, F.
Wagner
, and M.
Hermle
, Sol. Energy Mater. Sol. Cells
131
, 9
(2014
).19.
X.
Liu
, F.
Wang
, and Q.
Wang
, Phys. Chem. Chem. Phys.
14
, 7894
(2012
).20.
J.
Brillet
, J.-H.
Yum
, M.
Cornuz
, T.
Hisatomi
, R.
Solarska
, J.
Augustynski
, M.
Graetzel
, and K.
Sivula
, Nat. Photonics
6
, 824
(2012
).21.
M. T.
Greiner
, L.
Chai
, M. G.
Helander
, W.-M.
Tang
, and Z.-H.
Lu
, Adv. Funct. Mater.
22
, 4557
(2012
).22.
C.-Y.
Lee
, M. I. A.
Aziz
, S.
Wenham
, and B.
Hoex
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
56
, 08MA08
(2017
).23.
M.
Bivour
, J.
Temmler
, H.
Steinkemper
, and M.
Hermle
, Sol. Energy Mater. Sol. Cells
142
, 34
(2015
).24.
L. G.
Gerling
, S.
Mahato
, A.
Morales-Vilches
, G.
Masmitja
, P.
Ortega
, C.
Voz
, R.
Alcubilla
, and J.
Puigdollers
, Sol. Energy Mater Sol. Cells
145
, 109
(2015
).25.
C.
Tao
, S.
Ruan
, G.
Xie
, X.
Kong
, L.
Shen
, F.
Meng
, C.
Liu
, X.
Zhang
, W.
Dong
, and W.
Chen
, Appl. Phys. Lett.
94
, 43311
(2009
).26.
M.
Mews
, L.
Korte
, and B.
Rech
, Sol. Energy Mater. Sol. Cells
158
(Part
), 77
(2016
).27.
M.
Mews
, A.
Lemaire
, and L.
Korte
, IEEE J. Photovoltaics
7
, 1209
(2017
).28.
G.
Oh
, J.
Jeon
, K. S.
Lee
, and E. K.
Kim
, J. Nanosci. Nanotechnol.
16
, 5109
–5113
(2016
).29.
J.
Yu
, J.
Zhou
, J.
Bian
, L.
Zhang
, Y.
Liu
, J.
Shi
, F.
Meng
, J.
Liu
, and Z.
Liu
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
56
, 08MB09
(2017
).30.
D.-J.
Kim
, B.-S.
Kim
, and H.-K.
Kim
, Thin Solid Films
547
, 225
(2013
).31.
A.
Pan
and T. P.
Ma
, Appl. Phys. Lett.
37
, 163
(1980
).32.
S.
Li
, Z.
Yao
, J.
Zhou
, R.
Zhang
, and H.
Shen
, Mater. lett.
195
, 213
(2017
).33.
A. A.
Akl
, H.
Kamal
, and K.
Abdel-Hhady
, Phys. B
325
, 65
(2003
).34.
R. E.
Agbenyeke
, E. A.
Jung
, B. K.
Park
, T.-M.
Chung
, C. G.
Kim
, and J. H.
Han
, Appl. Surf. Sci.
419
, 758
(2017
).35.
R.
Liu
, Y.
Lin
, L.-Y.
Chou
, S. W.
Sheehan
, W.
He
, F.
Zhang
, H. J. M.
Hou
, and D.
Wang
, Angew. Chem. Int. Ed.
50
, 499
(2011
).36.
Z. S.
Houweling
, J. W.
Geus
, M.
de Jong
, P.-P. R.
Harks
, K. H.
van der Werf
, and R. E.
Schropp
, Mater. Chem. Phys.
131
, 375
(2011
).37.
J.
Kane
, H.
Schweizer
, and W.
Kern
, Thin Solid Films
29
, 155
(1975
).38.
P.
Koscielniak
, J.
Mazur
, J.
Henek
, M.
Kwoka
, L.
Pawela
, and J.
Szuber
, Thin Solid Films
520
, 927
(2011
).39.
J.
Ip
, T. P.
Nguyen
, and P.
Le Rendu
, Synth. Met.
138
, 107
(2003
).40.
F.
Bussolotti
, L.
Lozzi
, M.
Passacantando
, S. L.
Rosa
, S.
Santucci
, and L.
Ottaviano
, Surf. Sci.
538
, 113
(2003
).41.
J.-S.
Lee
, I.-H.
Jang
, and N.-G.
Park
, J. Phys. Chem. C
116
, 13480
(2012
).42.
G. E.
Jellison
and F. A.
Modine
, Appl. Phys. Lett.
69
, 2137
(1996
).43.
S.
D'Elia
, N.
Scaramuzza
, F.
Ciuchi
, C.
Versace
, G.
Strangi
, and R.
Bartolino
, Appl. Surf. Sci.
255
, 7203
(2009
).44.
I.
Valyukh
, S.
Green
, H.
Arwin
, G.
Niklasson
, E.
Wackelgard
, and E.
Granqvist
, Sol. Energy Mater. Sol. Cells
94
, 724
(2010
).45.
A. V. J.
Tauc
and R.
Grigorovici
, Phys. Status Solidi B
15
, 627
(1966
).46.
H. R.
Fallah
, M.
Ghasemi
, A.
Hassanzadeh
, and H.
Steki
, Physica B
373
, 274
(2006
).47.
K.
Heilig
, Surf. Sci.
44
, 421
(1974
).48.
S. P.
Harvey
, T. O.
Mason
, Y.
Gassenbauer
, R.
Schafranek
, and A.
Klein
, J. Phys. D: Appl. Phys.
39
, 3959
(2006
).49.
M.
Mews
, M.
Liebhaber
, B.
Rech
, and L.
Korte
, Appl. Phys. Lett.
107
, 13902
(2015
).50.
F.
Feldmann
, M.
Simon
, M.
Bivour
, C.
Reichel
, M.
Hermle
, and S. W.
Glunz
, Sol. Energy Mater. Sol. Cells
131
, 100
(2014
).51.
Z.
Zhang
and J. T.
Yates
, Chem. Rev.
112
, 5520
(2012
).52.
J.
Frisch
, A.
Vollmer
, J.
Rabe
, and N.
Koch
, Org. Electron.
12
, 916
(2011
).53.
D. C.
Gleason-Rohrer
, B. S.
Brunschwig
, and N. S.
Lewis
, J. Phys. Chem. C
117
, 18031
(2013
).54.
W.
Mönch
, Electronic Properties of Semiconductor Interfaces
(Springer
, 2004
).55.
L. G.
Gerling
, C.
Voz
, R.
Alcubilla
, and J.
Puigdollers
, J. Mater. Res.
32
, 260
(2017
).56.
J. P.
Kleider
, A. S.
Gudovskikh
, and P. Roca i
Cabarrocas
, Appl. Phys. Lett.
92
, 162101
(2008
).57.
L.
Korte
, R.
Rößler
, and C.
Pettenkofer
, J. Appl. Phys.
115
, 203715
(2014
).© 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.
