phmathВестник Государственного университета просвещения. Серия: Физика-МатематикаBulletin of Federal State University of Education. Series: Physics and Mathematics2949-50832949-5067Federal State University of Education10.18384/2949-5067-2025-4-6-16phmath-729Research ArticleФИЗИКАPHYSICSАктивация поверхности тонкоплёночных прозрачных электродов для применения в органической оптоэлектроникеSurface Activation of Thin-Film Transparent Electrodes for Application in Organic Optoelectronicshttps://orcid.org/0009-0005-4860-1707КононенкоН. Е.KononenkoN.

Никита Евгеньевич Кононенко, техник

учебно-научная лаборатория теоретической и прикладной нанотехнологии

Москва

Nikita E. Kononenko, Technician

Technician, Laboratory of Theoretical and Applied Nanotechnology

Moscow

kononenkonick2708@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0002-1529-6310СимушкинаС. В.SimushkinaS.

Софья Владимировна Симушкина, студент

физико-математический факультет

Москва

Sofya V. Simushkina, Student

Faculty of Physics and Mathematics

Moscow

simushkinasofa@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-6636-5876ЧекулаевИ. С.ChekulaevI.

Игорь Сергеевич Чекулаев, младший научный сотрудник

учебно-научная лаборатория теоретической и прикладнойнанотехнологии

Москва

Igor S. Chekulaev, Junior Researcher

Laboratory of Theoretical and Applied Nanotechnology

Moscow

chekulaev.i.s@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8915-2411КуриловА. Д.KurilovA.

Александр Дмитриевич Курилов, кандидат физико-математических наук,заведующий лабораторией

учебно-научная лаборатория теоретической и прикладной нанотехнологии

Москва

Aleksandr D. Kurilov, Cand. Sci. (Phys.-Math.), Head of Laboratory

Laboratory of Theoretical and Applied Nanotechnology

Moscow

ad.kurilov@guppros.ruГосударственный университет просвещения,РоссияFederal State University of EducationRussian Federation20251904202604616Copyright © Кононенко Н.Е., Симушкина С.В., Чекулаев И.С., Курилов А.Д., 20262026Кононенко Н.Е., Симушкина С.В., Чекулаев И.С., Курилов А.Д.Kononenko N., Simushkina S., Chekulaev I., Kurilov A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.physmathmgou.ru/jour/article/view/729   Цель

   Цель: разработка воспроизводимого и мягкого метода очистки и активации поверхности прозрачных проводящих электродов (ITO, FTO), который позволяет достичь высокой поверхностной энергии с сохранением морфологии и электрофизических свойств подложки для их последующего применения в органической оптоэлектронике.

   Процедура и методы

   Процедура и методы. Разработан новый протокол очистки на основе обработки поверхностей в аммиачно-перекисном растворе при кипячении и последующей активации в озоновой камере. Для оценки эффективности метода использовались измерения краевого угла смачивания с последующим расчётом поверхностной энергии, а также анализ морфологии поверхности и её электрофизических характеристик.

   Результаты

   Результаты. Показано, что разработанный протокол позволяет достичь значений поверхностной энергии ~70 мДж/м2, что свидетельствует о значительном увеличении гидрофильности и высокой степени очистки. Установлено, что метод не приводит к деградации проводящих слоёв, сохраняя их исходную морфологию и электропроводность, в отличие от традиционных подходов с использованием кислот.

   Теоретическая и/или практическая значимость. Высокая поверхностная энергия, достигнутая с помощью обработки аммиачно-перекисным раствором, способствует улучшению адгезии и однородности нанесения органических слоёв, что критически важно для повышения эффективности и стабильности OLED, OPV и других гибридных устройств.

   Aim is to development of a reproducible and mild method for cleaning and activating the surface oftransparent conductive electrodes (ITO, FTO) that enables high surface energy while preserving the substrate’s morphology and electrophysical properties for their subsequent application in organicoptoelectronics.

   Methodology

   Methodology. A new cleaning protocol was developed based on treating surfaces in a boiling ammonia–peroxide solution followed by activation in an ozone chamber. To evaluate the method’s effectiveness, contact angle measurements were performed followed by surface energy calculations, as well as analysis of surface morphology and its electrophysical characteristics.

   Results

   Results. It is shown that the developed protocol enables achieving surface energy values of up to ~70 mJ/m2, indicating a significant increase in hydrophilicity and a high degree of cleaning. It has been established that the method does not lead to degradation of the conductive layers, preserving their initial morphology and electrical conductivity, unlike traditional acid-based approaches.

   Research implications

   Research implications. The high surface energy achieved through ammonia–peroxide solution treatment combined with ozone activation contributes to improved adhesion and uniformity of organic layer deposition, which is critically important for enhancing the efficiency and stability ofOLEDs, OPVs, and other hybrid devices.

прозрачные проводящие оксидыочистка поверхностиповерхностная энергияактивация поверхностиорганическая оптоэлектроникаадгезиясмачиваемостьtransparent conductive oxidessurface cleaningsurface energyorganic optoelectronicsadhesionwettabilityРабота выполнена в рамках реализации научно-исследовательского проекта-победителя конкурса на получение гранта Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Государственный университет просвещения» в 2025 году. Авторы также выражают благодарность педагогическому технопарку «Кванториум» имени И. В. Курчатова Государственного университета просвещения за предоставленную возможность использования оборудования, что оказалось крайне важным для проведения данного исследованияThis work was supported by the grant from the Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education “Federal State University of Education” in 2025, awarded to the winning research project in the competitive grant program. We also extend our gratitude to the Pedagogical Technopark “Kvantorium” named after I. V. Kurchatov at the Federal State University of Education for providing access to their equipment, which was instrumental in conducting this studyReferencesEnhanced current efficiency in top-emitting organic light-emitting diodes using a novel Mg:Ag/Ag Cathode Structure / D. N. Chausov, A. D. Kurilov, N. S. Parashchuk, A. V. Nuriev, A. A. Morozov, A. D. Bozhko, V. S. Zhurkin, A. V. Kazak, S. A. Stakharniy // Applied Surface Science. 2025. Vol. 711. Article no. 163954. DOI: 10.1016/j.apsusc.2025.163954.Chausov, D. N., Kurilov, A. D., Parashchuk, N. S., Nuriev, A. V., Morozov, A. A., Bozhko, A. D., Zhurkin, V. S., Kazak, A. V. & Stakharniy, S. A. (2025). Enhanced current efficiency in top-emitting organic light-emitting diodes using a novel Mg:Ag/Ag Cathode Structure. In: Applied Surface Science, 711, 163954. DOI: 10.1016/j.apsusc.2025.163954.Fabrication of dye-sensitized solar cells based on push-pull asymmetrical substituted zinc and copper phthalocyanines and reduced graphene oxide nanosheets / F. Chindeka, P. Mashazi, J. Britton, D. O. Oluwole, S. Mapukata, T. Nyokong // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2020. Vol. 399. Article no. 112612. DOI: 10.1016/j.jphotochem.2020.112612.Chindeka, F., Mashazi, P., Britton, J., Oluwole, D. O., Mapukata, S. & Nyokong, T. (2020). Fabrication of dye-sensitized solar cells based on push-pull asymmetrical substituted zinc and copper phthalocyanines and reduced graphene oxide nanosheets. In: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 399, 112612. DOI: 10.1016/j.jphotochem.2020.112612.ITO Electrode with a Tunable Work Function for Organic Photovoltaic Devices / Jinjin Yang, Hui Li, Jianming Yang, Bin Sun, Qinye Bao, Zheng Tang, Zaifei Ma // ACS Applied Electronic Materials. 2022. Vol. 4. Iss. 8. P. 4104–4112. DOI: 10.1021/acsaelm.2c00720.Jinjin, Yang, Hui, Li, Jianming, Yang, Bin, Sun, Qinye, Bao, Zheng, Tang & Zaifei, Ma (2022). ITO Electrode with a Tunable Work Function for Organic Photovoltaic Devices. In: ACS Applied Electronic Materials, 4 (8), 4104–4112. DOI: 10.1021/acsaelm.2c00720.Criteria for ITO (indium-tin-oxide) thin film as the bottom electrode of an organic light emitting diode / Y.-H. Tak, K.-B. Kim, H.-G. Park, K.-H. Lee, J.-R. Lee // Thin Solid Films. 2002. Vol. 411. Iss. 1. P. 12–16. DOI: 10.1016/S0040-6090(02)00165-7.Tak, Y.-H., Kim, K.-B., Park, H.-G., Lee, K.-H. & Lee, J.-R. (2002). Criteria for ITO (indium-tin-oxide) thin film as the bottom electrode of an organic light emitting diode. In: Thin Solid Films, 411 (1), 12–16. DOI: 10.1016/S0040-6090(02)00165-7.Organic photovoltaic devices based on polythiophene films electrodeposited on FTO substrates / R. Valaski, C. D. Canestraro, L. Micaroni, R. M. Q. Mello, L. S. Roman // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2007. Vol. 91. Iss. 8. P. 684–688. DOI: 10.1016/j.solmat.2006.12.005.Valaski, R., Canestraro, C. D., Micaroni, L., Mello, R. M. Q. & Roman, L. S. (2007). Organic photovoltaic devices based on polythiophene films electrodeposited on FTO substrates. In: Solar Energy Materials and Solar Cells, 91 (8), 684–688. DOI: 10.1016/j.solmat.2006.12.005.Transparent conducting thin films of fluoro doped tin oxide (FTO) deposited using inkjet printing technique / W. Z. Samad, M. M. Salleh, A. Shafiee, M. A. Yarmo // IEEE International Conference on Semiconductor Electronics (ICSE2010). 2010. P. 52–55. DOI: 10.1109/SMELEC.2010.5549462.Samad, W. Z., Salleh, M. M., Shafiee, A. & Yarmo, M. A. (2010). Transparent conducting thin films of fluoro doped tin oxide (FTO) deposited using inkjet printing technique. In: IEEE International Conference on Semiconductor Electronics (ICSE2010), 52–55. DOI: 10.1109/SMELEC.2010.5549462.Dependence of indium-tin-oxide work function on surface cleaning method as studied by ultraviolet and x-ray photoemission spectroscopies / K. Sugiyama, H. Ishii, Y. Ouchi, K. Seki // Journal of Applied Physics. 2000. Vol. 87. Iss. 1. P. 295–298. DOI: 10.1063/1.371859.Sugiyama, K., Ishii, H., Ouchi, Y. & Seki, K. (2000). Dependence of indium-tin-oxide work function on surface cleaning method as studied by ultraviolet and x-ray photoemission spectroscopies. In: Journal of Applied Physics, 87 (1), 295–298. DOI: 10.1063/1.371859.Effect of UV-ozone treatment on ITO and post-annealing on the performance of organic solar cells / T. Hu, F. Zhang, Zh. Xu, S. Zhao, X. Yue, G. Yuan // Synthetic Metals. 2009. Vol. 159. Iss. 7-8. P. 754–756. DOI: 10.1016/j.synthmet.2008.11.024.Hu, T., Zhang, F., Xu, Z., Zhao, S., Yue, X. & Yuan, G. (2009). Effect of UV-ozone treatment on ITO and post-annealing on the performance of organic solar cells. In: Synthetic Metals, 159 (7-8), 754–756. DOI: 10.1016/j.synthmet.2008.11.024.Interplay of cleaning and de-doping in oxygen plasma treated high work function indium tin oxide (ITO) / I. Irfan, S. Graber, F. So, Y. Gao // Organic Electronics. 2012. Vol. 13. Iss. 10. P. 2028–2034. DOI: 10.1016/j.orgel.2012.05.036.Irfan, I., Graber, S., So, F. & Gao, Y. (2012). Interplay of cleaning and de-doping in oxygen plasma treated high work function indium tin oxide (ITO). In: Organic Electronics, 13 (10), 2028–2034. DOI: 10.1016/j.orgel.2012.05.036.The relation between the electrical, chemical, and morphological properties of indium-tin oxide layers and double-layer light-emitting diode performance / P. Vacca, M. Petrosino, A. Guerra, R. Chierchia, C. Minarini, D. D. Sala, A. Rubino // The Journal of Physical Chemistry C. 2007. Vol. 111. Iss. 46. P. 17404–17408. DOI: 10.1021/jp0744376.Vacca, P., Petrosino, M., Guerra, A., Chierchia, R., Minarini, C., Sala, D. D. & Rubino, A. (2007). The relation between the electrical, chemical, and morphological properties of indium-tin oxide layers and double-layer light-emitting diode performance. In: The Journal of Physical Chemistry C, 111 (46), 17404–17408. DOI: 10.1021/jp0744376.Thermal and chemical treatment of ITO substrates for improvement of OLED performance / T. P. Nguyen, P. Le Rendu, N. N. Dinh, M. Fourmigué, C. Mézière // Synthetic Metals. 2003. Vol. 138. Iss. 1-2. P. 229–232. DOI: 10.1016/S0379-6779(02)01292-4.Nguyen, T. P., Le Rendu, P., Dinh, N. N., Fourmigué, M. & Meziere, C. (2003). Thermal and chemical treatment of ITO substrates for improvement of OLED performance. In: Synthetic Metals, 138 (1-2), 229–232. DOI: 10.1016/S0379-6779(02)01292-4.Surface energy for electroluminescent polymers and indium-tin-oxide / Z. Zhong, S. Yin, C. Liu, Y. Zhong, W. Zhang, D. Shi, C. Wang, // Applied Surface Science. 2003. Vol. 207. Iss. 1–4. P. 183–189. DOI: 10.1016/S0169-4332(02)01328-4.Zhong, Z., Yin, S., Liu, C., Zhong, Y., Zhang, W., Shi, D. & Wang, C. (2003). Surface energy for electroluminescent polymers and indium-tin-oxide. In: Applied Surface Science, 207 (1-4), 183–189. DOI: 10.1016/S0169-4332(02)01328-4.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.