In this study, three different poly(vinyl alcohol) (PVA) films doped with weight percentages of 0.05, 0.10 and 0.20 coumarin were coated on p-Si wafer via spin-coating method for the purpose of investigating the interaction of coumarin dopant with polymer host at molecular level. Therefore, metal–polymer–semiconductor (MPS) structures were formed and their current–voltage ( I – V ) and admittance measurements were taken to compare the main electrical parameters of the MPS structures with different film thicknesses. The values of ideality factor ( n ), barrier height ( Φ b ), rectification ratio (RR = I F / I R ), series resistance ( R s ) and energy-dependent profiles of surface states ( N ss ) were calculated using the forward bias I – V data. There exists increasing trend for N ss values from mid-gap energy of Si toward the bottom of conductance band. The highest values of RR and photosensitivity ( I photo / I dark ) were found as 4.62 × 10 4 at ± 4 V for the MPS structure with 0.10 wt% coumarin doping level, respectively. The photoresponse of the structures was also analyzed using $$I_{\text{ph}} = AP^{m}$$ I ph = A P m relation, and the value of m was obtained from the slope of ln( I ph )–Ln( P ) plot for each diode as 1.48, 1.27 and 1.57, respectively. Experimental results suggest that 0.10% coumarin-doped PVA caused MPS structure to reveal better performance considering higher RR and lowest N ss , and so it can be considered as an alternative interfacial layer material for replacing traditional insulators.

中文翻译：

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具有香豆素掺杂 PVA 界面层的 Al/p-Si 光电二极管的电学和光伏特性的详细比较研究：掺杂浓度的影响

在这项研究中，通过旋涂法在 p-Si 晶片上涂覆了三种不同的掺杂重量百分比为 0.05、0.10 和 0.20 香豆素的聚乙烯醇 (PVA) 薄膜，目的是研究香豆素掺杂剂与聚合物的相互作用。分子水平的宿主。因此，形成了金属-聚合物-半导体（MPS）结构，并对其电流-电压（I-V）和导纳进行了测量，以比较不同膜厚的 MPS 结构的主要电气参数。理想因子 ( n )、势垒高度 ( Φ b )、整流比 (RR = IF / IR )、串联电阻 ( R s ) 和表面状态的能量相关分布 ( N ss ) 的值使用正向偏置计算I – V 数据。N ss 值从Si的中间带隙能量向导带底部存在增加的趋势。对于具有 0.10 wt% 香豆素掺杂水平的 MPS 结构，发现 RR 和光敏度（ I photo / I dark ）的最高值分别为 4.62 × 10 4 在 ± 4 V 下。还使用 $$I_{\text{ph}} = AP^{m}$$ I ph = AP m 关系分析了结构的光响应，并且从 ln( I ph ) 的斜率获得了 m 的值每个二极管的 –Ln( P ) 曲线分别为 1.48、1.27 和 1.57。实验结果表明，考虑到更高的 RR 和最低的 N ss ，0.10% 香豆素掺杂的 PVA 使 MPS 结构显示出更好的性能，因此它可以被视为替代传统绝缘体的替代界面层材料。对于具有 0.10 wt% 香豆素掺杂水平的 MPS 结构，发现 RR 和光敏度（ I photo / I dark ）的最高值分别为 4.62 × 10 4 在 ± 4 V 下。还使用 $$I_{\text{ph}} = AP^{m}$$ I ph = AP m 关系分析了结构的光响应，并且从 ln( I ph ) 的斜率获得了 m 的值每个二极管的 –Ln( P ) 曲线分别为 1.48、1.27 和 1.57。实验结果表明，考虑到更高的 RR 和最低的 N ss ，0.10% 香豆素掺杂的 PVA 使 MPS 结构显示出更好的性能，因此它可以被视为替代传统绝缘体的替代界面层材料。对于具有 0.10 wt% 香豆素掺杂水平的 MPS 结构，发现 RR 和光敏度（ I photo / I dark ）的最高值分别为 4.62 × 10 4 在 ± 4 V 下。还使用 $$I_{\text{ph}} = AP^{m}$$ I ph = AP m 关系分析了结构的光响应，并且从 ln( I ph ) 的斜率获得了 m 的值每个二极管的 –Ln( P ) 曲线分别为 1.48、1.27 和 1.57。实验结果表明，考虑到更高的 RR 和最低的 N ss ，0.10% 香豆素掺杂的 PVA 使 MPS 结构显示出更好的性能，因此它可以被视为替代传统绝缘体的替代界面层材料。还使用 $$I_{\text{ph}} = AP^{m}$$ I ph = AP m 关系分析了结构的光响应，并且从 ln( I ph ) 的斜率获得了 m 的值每个二极管的 –Ln( P ) 曲线分别为 1.48、1.27 和 1.57。实验结果表明，考虑到更高的 RR 和最低的 N ss ，0.10% 香豆素掺杂的 PVA 使 MPS 结构显示出更好的性能，因此它可以被视为替代传统绝缘体的替代界面层材料。还使用 $$I_{\text{ph}} = AP^{m}$$ I ph = AP m 关系分析了结构的光响应，并且从 ln( I ph ) 的斜率获得了 m 的值每个二极管的 –Ln( P ) 曲线分别为 1.48、1.27 和 1.57。实验结果表明，考虑到更高的 RR 和最低的 N ss ，0.10% 香豆素掺杂的 PVA 使 MPS 结构显示出更好的性能，因此它可以被视为替代传统绝缘体的替代界面层材料。