Polymer-fullerene bulk-heterojunction solar cells

Advanced Materials

Volumn 21, Issue 13, 2009, Pages 1323-1338

  Dennler, Gilles ^a   Scharber, Markus C ^a   Brabec, Christoph J ^a  

^a Konarka Austria Forschungs und Entwicklungs GmbH   (Austria)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BULK HETEROJUNCTION; COST MODELS; PHOTOVOLTAIC TECHNOLOGY; POLYMER-FULLERENE; POWER PRODUCTION; SOLUTION-PROCESSED; STATE-OF-THE-ART PERFORMANCE;

FULLERENES; PHOTOVOLTAIC CELLS; SOLAR CELLS; SOLAR ENERGY; TECHNOLOGY;

SOLAR POWER GENERATION;

EID: 66149086912     PISSN: 09359648     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adma.200801283     Document Type: Review

References (138)

1. G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science 1995, 270, 1789.
2. J. Y. Kim, S. H. Kim, H.-Ho. Lee, K. Lee, W. Ma, X. Gong, A. J. Heeger, Adv. Mater. 2006, 18, 572.
3. J. Peet, J. Y. Kim, N. E. Coates, W. L. Ma, D. Moses, A. J. Heeger, G. C. Bazan, Nat. Mater. 2007, 6, 497.
4. J. Y. Kim, K. Lee, N. E. Coates, D. Moses, T.-Q. Nguyen, M. Dante, A. J. Heeger, Science 2007, 317, 222.
5. R. Gaudiana, C. J. Brabec, Nat. Photon. 2008, 2, 287.
6. M. A. Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W. Warta, Prog. Photovolt. Res. Appl. 2008, 16, 61.
7. P. W. Blom, V. D. Mihailetchi, L. J. A. Koster, D. E. Markov, Adv. Mater. 2007, 19, 1551.
8. nd ed. (Eds: G, Hadziioannou, G. G. Malliaras ), Wiley-VCH, Weinheim 2006, pp. 455-530.
9. b) Organic Photovoltaics: Materials, Device Physics, and Manufacturing Technologies (Eds: C. J, Brabec, U, Scherf, V. Dyakonov ), Wiley-VCH, Weinheim 2008.
10. American Society for Testing and Materials (ASTM) Standard G159, West Conshoken, PA, USA. Source: http://rredc.nrel.gov/solar/spectra/am1.5/.
11. a) K. Emery, C. Osterwald, in Current Topics in Photovoltaics, Vol. 3(Eds: T. Coutts, J. Meakin, ), Academic, London, UK 1988, Ch.4.
12. b) V. Shrotriya, G. Li, Y. Yao, T. Moriarty, K. Emery, Y. Yang, Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 2016.
13. W Shockley,, H. J. Queisser, J. Appl. Phys. 1961, 32, 510.
14. G. Dennler, T. Ameri, P. Denk, H.-J. Egelhaaf, K. Forberich, M. Koppe, M. Morana, M. C. Scharber, C. Waldauf, B. de Boer, K. Emery, G. Rumbles, J. M. Kroon, G. G. Malliaras, M. D. McGehee, J. Nelson, M. Niggemann, M. Pfeiffer, M. K. Riede, S. E. Shaheen, M. Wienk, Materials Today 2007, November, 56.
15. a) Z. Knittl, Optics of Thin Films, Wiley, London, UK 1976.
16. b) H. A. Macleod, Thin film Optical Filters, London Adam Hilger, London, UK 1986.
17. c) R. M. A. Azzam, N. M. Bashara, in Ellipsometry and Polarized Light, North-Holland, New York, USA 1977.
18. L. S. Roman, W. Mammo, L. A. A. Pettersson, M. R. Andersson, O. Inganäs, Adv. Mater. 1998, 10, 774.
19. a) L. A. A. Pettersson, L. S. Roman, O. Inganäs, J. Appl. Phys. 1999, 86, 487.
20. b) P. Peumans, A. Yakimov, S. R. Forrest, J. Appl. Phys. 2003, 93, 3693.
21. c) H. Hoppe, N. Arnold, D. Meissner, N. S. Sariciftci, Thin Solid Films 2004, 451, 589.
22. G. Dennler, K. Forberich, M. C. Scharber, C. J. Brabec, I. Tomic, K. Hingerl, T. Fromherz, J. Appl. Phys. 2007, 102, 054 516.
23. a) Y. Wang, Nature 1992, 356, 585. b) S. Morita, A. A. Zakhidov, K. Yoshino, Solid State Commun. 1992, 82, 249. c) N. S. Sariciftci, L. Smilowitz, A. J. Heeger, F. Wudl, Science 1992, 258, 1474.
24. N. S. Sariciftci, D. Baun, C. Zhang, V. I. Srdanov, A. J. Heeger, G. Stucky, F. Wudl, Appl. Phys. Lett. 1993, 62, 585.
25. J. C. Hummelen, B. W. Knight, F. LePeq, F. Wudl, J. Yao, C. L. Wilkins, J. Org. Chem. 1995, 60, 532.
26. V. D. Mihailetchi, J. K. J. van Duren, P. W. M. Blom, J. C. Hummelen, R. A. J. Janssen, J. M. Kroon, M. T. Rispens, W. J. H. Verhees, M. M. Wienk, Adv. Funct. Mater. 2003, 13, 43.
27. S. E. Shaheen, C. J. Brabec, N. S. Sariciftci, F. Padinger, T. Fromherz, J. C. Hummelen, Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 841.
28. C. J. Brabec, S. E. Shaheen, C. Winder, N. S. Sariciftci, P. Denk, Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 1288.
29. a) P. W. M. Blom, M. J. M. De Jong, S. Breedijk, App. Phys. Lett. 1997, 71, 930.
30. b) C. Melzer, E. J. Koop, V. D. Mihailetchi, P. W. M. Blom, Adv. Funct. Mater. 2004, 14, 865.
31. c) V. D. Mihailetchi, L. J. A. Koster, P.W.M. Blom, C. Merzer, B. De Boer, J. K. J. van Duren, R. A. J. Janssen, Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 795.
32. P. Schilinsky, C. Waldauf, C. J. Brabec, Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 3885.
33. F. Padinger, R. S. Rittberger, N. S. Sariciftci, Adv. Funct. Mater. 2003, 13, 85.
34. M. Riedel, V. Dyakonov, Phys. Status Solidi A 2004, 201, 1332.
35. X. Yang, J. Loos, S. C. Veenstra, W. J. H. Verhees, M. M. Wienk, J. M. Kroon, M. A. J. Michels, R. A. J. Janssen, Nano Lett. 2005, 5, 579.
36. Y. Kim, S. A. Choulis, J. Nelson, D. D. C. Bradley, S. Cook, J. R. Durrant, Appl. Phys. Lett. 2005, 86, 063502.
37. G. Li, V. Shrotriya, Y. Yao, Y. Yang, J. Appl. Phys. 2005, 94, 043704.
38. G. Li, V. Shrotriya, J. Huang, T. Mariarty, K. Emery, Y. Yang, Nat. Mater. 2005, 4, 864.
39. M. Reyes-Reyes, K. Kim, D. L. Carroll, Appl. Phys. Lett. 2005, 87, 083506.
40. W.Ma, C. Yang, X. Gong, K. Lee, A. J.Heeger, Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1617.
41. Y. Kim, S. Cook, S. M. Tuladhar, S. A. Choulis, J. Nelson, J. R. Durrant, D. D. C. Bradley, M. Giles, I. McCulloch, C.-S. Ha, M. Ree, Nat. Mater. 2006, 5, 197.
42. M. S. White, D. C. Olson, S. E. Shaheen, N. Kopidakis, D. S. Ginley, Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 143517.
43. H. Hoppe, N. S. Sariciftci, J. Mater. Chem. 2006, 16, 45.
44. T. Savenje, J. E. Kroeze, X. Yang, J. Loos, Adv, Funct. Mater. 2005, 15, 1260.
45. V. D. Mihailetchi, H. Xie, B. de Boer, L. J. A. Koster, P. W. M. Blom, Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1260.
46. J. Huang, G. Li, Y. Yang, Appl. Phys. Lett. 2005, 87, 112105.
47. A. Pivrikas, G. Juska, A. J. Mozer, M. Scharber, K. Arlauskas, N. S. Sariciftci, H. Stubb, R. ö sterbacka, Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 176806.
48. X. Ai, M. C. Beard, K. P. Knutsen, S. E. Shaheen, G. Rumbles, R. J. Ellingson, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 25462.
49. T. Erb, U. Zhokhavets, G. Gobsch, S. Raleva, B. Stühn, P. Schilinsky, C. Waldauf, C. J. Brabec, Adv. Func. Mater. 2005, 15, 1193.
50. P. Schilinsky, U. Asawapirom, U. Scherf, M. Biele, C. J. Brabec, Chem. Mater. 2005, 17, 2175.
51. a) J. Kline, M. D. McGehee, E. N. Kadnikova, J. Liu, J. M. J. Fréchet, Adv. Funct. Mater. 2003, 15, 1519.
52. b) A. Zen, J. Pflaum, S. Hirschmann, W. Zhuang, F. Jaiser, U. Asawapirom, J. P. Rabe, U. Scherf, D. Neher, Adv. Funct. Mater. 2004, 14, 757.
53. c) J. Kline, M. D. McGehee, E. N. Kadnikova, J. Liu, J. M. J. Fréchet, M. F. Toney, Macromol. 2005, 38, 3312.
54. R. C. Hiors, R. de Bettignies, J. Leroy, S. Bailly, M. Firon, C. Sentein, A. Khoukh, H. Preud'homme, C. Dagron-Lartigau, Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 2263.
55. W. Ma, J. Y. Kim, K. Lee, A. J. Heeger, Macromol. Rapid Commun. 2007, 28, 1776.
56. a) H. Sirringhaus, P. J. Brown, R. H. Friend, M. M. Nielsen, K. Bechgaard, B. M. W. Langeveld-Voss, A. J. H. Spiering, R. A. J. Janssen, E.W.Meijer, P. Herwig, D. M. de Leeuw, Nature 1999, 401, 685.
57. b) X. Jiang, R. Patil, Y. Harima, J. Ohshita, A. Kunai, J. Phys. Chem. B 2005, 109, 221.
58. G. Li, Y. Yao, H. Yang, V. Shrotriya, G. Yang, Y. Yang, Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 1636.
59. V. D. Mihailetchi, H. Xie, B. de Boer, L.M. Popescu, J. C. Hummelen, P.W. M. Blom, J. J. A. Koster, Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 012107.
60. J. Peet, C. Soci, R. C. Coffin, T. Q. Nguyen, A. Mihailovsky, D.Moses, G. C. Bazan, Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 252105.
61. W. Wang, H. Wu, C. Yang, C. Luo, Y. Zhang, J. Chen, Y. Cao, Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 183512.
62. a) K. Landfester, Macromol. Rapid Commun. 2001, 22, 896.
63. b) K. Landfester, Adv. Mater. 2001, 13, 765.
64. K. Landfester, R. Montenegro, U. Scherf, R. Günter, U. Asawapirom, S. Patil, D. Neher, T. Kietzke, Adv. Mater. 2002, 14, 651.
65. T. Piok, S. Gamerith, C. Gadermaier, H. Plank, F. P. Wenzl, S. Patil, R. Montenegro, T. Kietzke, D. Neher, U. Scherf, L. Landfester, E. J. W. List, Adv. Mater. 2003, 15, 800.
66. C. J. Brabec, Public annual report of the BMBF project EKOS, 03N2023A-E, Jülich, 2004.
67. M. M. Bouman, E. E. Havinga, R. A. J. Janssen, E. W. Meijer, Mol. Cryst. Liq. Cryst. Sci. Technol. A 1994, 256, 439.
68. A. Moulé, K. Meerholz, Adv. Mater. 2008, 20, 240.
69. S. Berson, R. De Bettignies, S. Bailly, S. Guillerez, Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 1377.
70. a) E. Mena-Osteritz, A. Meyer, B. M. W. Langeveld-Voss, R. A. J. Janssen, E. W. Meijer, P. Bäuerle, Angew. Chem. 2000, 112, 2792.
71. b) S. Malik, A. K. Nanti, J. Polym. Sci, Part B Polym. Phys. 2002, 40, 2073.
72. L. J. A. Koster, V. D. Mihailetchi, P. W. M. Blom, Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 093511.
73. M. C. Scharber, D. Mühlbacher, M. Koppe, P. Denk, C. Waldauf, A. J. Heeger, C. J. Brabec, Adv. Mat. 2006, 18, 789.
74. J.-L. Bredas, D. Beljonne, V. Coropceanu, J. Cornil, Chem. Rev. 2004, 104, 4971.
75. C. J. Brabec, C. Winder, N. S. Sariciftci, J. C. Hummelen, A. Dhanabalan, P. A. van Hal, R. A. J. Janssen, Adv. Funct. Mater. 2002, 12, 709.
76. J. Roncali, Chem. Rev. 1997, 97, 173.
77. H. A. M. van Mullekom, J. A. J. M. Vekemans, E. E. Havinga, E. W. Meijer, Mater. Sci. Eng. 2001, 32, 1.
78. L. H. Slooff, S. C. Veenstra, J. M. Kroon, D. J. D. Moet, J. Sweelssen, M. M. Koetse, Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 143506.
79. F. Zhang, W. Mammo, L. M. Andersson, S. Admassie, M. R. Andersson, O. Inganäs, Adv. Mater. 2006, 18, 216. 9.
80. N. Blouin, A. Michaud, M. Leclerc, Adv. Mater. 2007, 19, 2295.
81. D. Mühlbacher, M. Scharber, M. Morana, Z. Zhu, D. Waller, R. Gaudiana, C. J. Brabec, Adv. Mater. 2006, 18, 2884.
82. M. M. Wienk, M. G. R. Turbiez, M. P. Struijk, M. Fonrodona, R. A. J. Janssen, Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 153511.
83. W.-Y. Wong, X.-Z. Wang, Z. He, A. B. Djurisic, C.-T. Yip, K.-Y. Cheung, H. Wang, C. S. K. Mak, W.-K. Chan, Nat. Mater. 2007, 6, 521.
84. Q. Zhou, Q. Hou, L. Zheng, X. Deng, G. Yu, Y. Cao, J. Appl. Phys. 2004, 84, 1653.
85. X. Wang, E. Perzon, F. Oswald, F. Langa, S. Admassie, M. R. Andersson, O. Inganäs, Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1665.
86. S. Admassie, O. Inganäs, W. Mammo, E. Perzon, M. R. Andersson, Synth. Met. 2006, 156, 614.
87. P.-L. T. Boudreault, A. Michaud, M. Leclerc, Macromol. Rapid Commun. 2007, 28, 2176.
88. E. Wang, L. Wang, L. Lan, C. Luo, W. Zhuang, J. Peng, Y. Cao, Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 333007.
89. N. Blouin, A. Michaud, D. Gendron, S. Wakim, E. Blair, R. Neagu-Plesu, M. Belletete, G. Duricher, Y. Tao, M. Leclerc, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 732.
90. Z. Zhu, D. Waller, R. Gaudiana, M. Morana, D. Mühlbacher, M. Scharber, C. J. Brabec, Macromol. 2007, 40, 1981.
91. P. Coppo, M. L. Turner, J. Mat. Chem 2005, 15, 1123.
92. A. Tsami, T. W. Bunnagel, T. Farrell, M. C. Scharber, S. A. Choulis, C. J. Brabec, U. Scherf,J. Mater. Chem. 2007, 17, 1353.
93. M. Morana, M. Wegscheider, A. Bonanni, N. Kopidakis, S. Shaheen, M. Scharber, Z. Zhu, D. Waller, R. Gaudiana, C. J. Brabec, Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 1757.
94. M. Lenes, G.-J. A. H. Wetzelaer, F. B. Kooistra, S. C. Veenstra, J. C. Hummelen, P. W. M. Blom, Adv. Mater. 2008, 20, 2116.
95. H. F. Wittmann, R. H. Friend, M. S. Khan, J. J. Lewis, Chem. Phys. 1994, 101, 2693.
96. V. Marin, E. Holder, R. Hoogenbom, U. S. Schubert, Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 618.
97. A. J. Sandee, C. K. Williams, N. R. Evans, J. E. Davies, C. E. Boothby, A. Köhler, R. H. Friend, A. B. Holmes, J. Am. Chem. Soc. 2004, 125, 7041.
98. B. Liang, L. Wang, Y. Xu, H. Shi, Y. Cao, Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 3580.
99. A. Kohler, H. F. Wittman, R. H. Friend, M. S. Khan, J. Lewis, Synth. Met. 1996, 77, 147.
100. F. Guo, Y.-G. Kim, J. R. Reynolds, K. S. Schanze, Chem. Commun. 2006, 1887.
101. J. Gilot, M. M. Wienk, R. A. J. Janssen, Nat. Mater. 2007, 6, 704.
102. W.-Y. Wong, X.-Z. Wang, Z. He, A. B. Djurisic, C.-T. Yip, K.-Y. Cheung, H. Wang, C. S. K. Mak, W.-K. Chan, Nat. Mater. 2007, 6, 704.
103. H. Hoppe, S. Sariciftci, Adv. Polym. Sci. 2007, 12, 121.
104. F. B. Kooistra, J. Knol, F. Kastenberg, L. M. Popescu, W. J. H. Verhees, J. M. Kroon, J. C. Hummelen, Org. Lett. 2007, 9, 551.
105. C. J. Brabec, A. Cravino, D. Meissner, N. S. Sariciftci, T. Fromherz, M. T. Rispens, L. Sanchez, J. C. Hummelen, Adv. Funct. Mater. 2001, 11, 374.
106. L. Zheng, Q. Zhou, X. Deng, M. Yuan, G. Yu, Y. Cao, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 11921.
107. P. Würfel, in Physics of Solar Cells, Wiley-VCH, Berlin, Germany 2004.
108. A. De Vos, J. Phys. D. Appl. Phys. 1980, 13, 839.
109. a) M. A. Green, K. Emery, Y. Hisikawa, W. Warta, Prog. Photovolt. Res. Appl. 2007, 15, 425.
110. b) M. Wanlass, P. Ahrenkiel, D. Albin, J. Carapella, A. Duda, K. Emery, D. Firedman, J. Geisz, K. Jones, A. Kibbler, J. Kiehl, S. Kurtz, W. McMahon, T. Moriarty, J. Olson, A. Ptak, M. Romero, S. Ward, 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCEP-4), Hawaii, May 2006, pp 729.
111. M. Hiramoto, M. Suezaki, M. Yokoyama, Chem. Lett. 1990, 327.
112. A. Yakimov, S. R. Forrest, Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 1667.
113. J. Xue, S. Ushida, B. P. Rand, S. T. Forrest, Appl. Phys. Lett. 2004, 85, 5757.
114. B. Maennig, J. Drechsel, D. Gebeyehu, P. Simon, F. Kozlowski, A. Werner, F. Li, S. Grundmann, S. Sonntag, M. Koch, K. Leo, M. Pfeiffer, H. Hoppe, D. Meissner, N. S. Sariciftci, I. Riedel, V. Dyakonov, J. Parisi, Appl. Phys. A 2004, 79, 1.
115. J. Drechsel, B. Maennig, K. Kozlowski, M. Pfeiffer, K. Leo, Appl. Phys. Lett. 2005, 86, 244 102.
116. a) K. Triyana, T. Yasuda, K. Fujita, T. Tsutsui, Thin Solid Films 2005, 477, 198.
117. b) K. Triyana, T. Yasuda, K. Fujita, T. Tsutsui, Jpn, J. Appl. Phys, 2004, 43, 2352.
118. c) D. Cheyns, H. Gommans, M. Odijk, J. Poortmans, P. Heremans, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2007, 91, 399.
119. G. Dennler,M. C. Scharber, T. Ameri, P. Denk, K. Forberich, C. Waldauf, C. J. Brabec, Adv. Mater. 2008, 20, 579.
120. K. Kawano, N. Ito, T. Nishimori, J. Sakai, Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 73514.
121. G. Dennler, H.-J. Prall, R. Koeppe, M. Egginger, R. Autengruber, N. S. Sariciftci, Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 73502.
122. a) A. Colsmann, J. Junge, C. Kayser, U. Lemmer, Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 203 506.
123. b) A. G. F. Janssen, T. Riedl, S. Hamwi, H.-H. Johannes, W. Kowalsky, Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 073519.
124. A. Hadipour, B. de Boer, J. Wildeman, F. B. Kooistra, J. C. Hummelen, M. G. R. Turbiez, M. M. Wienk, R. A. J. Janssen, P. W. M. Blom, Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 1897.
125. J. Gilot, M. M. Wienk, R. A. J. Janssen, Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 143512.
126. W. J. E. Beek, M. M. Wienk, M. Kemerink, X. Yang, R. A. J. Janssen, J. Phys. Chem. B 2005, 109, 9505.
127. G. Dennler, K. Forberich, T. Ameri, C. Waldauf, P. Denk, C. J. Brabec, K. Hingerl, A. J. Heeger, J. Appl. Phys. 2007, 102, 123109.
128. V. Shrotriya, E. Hsing-En, G. Li, Y. Yao, Y. Yang, Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 064104.
129. N.-K. Persson, O. Inganäs, Sol. Energy. Mater. Sol. Cells 2006, 90, 3491.
130. A. Hadipour, B. de Boer, P. W. M. Blom, J. Appl. Phys. 2007, 102, 074506.
131. K. Tvingstedt, V. Andersson, F. Zhang, O. Inganäs, Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 123514.
132. G. Dennler, K. Forberich, M. C. Scharber, C. J. Brabec, I. Tomis, K. Hingerl, T. Fromherz, J. Appl. Phys. 2007, 102, 054 516.
133. A. Cravino, Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 243502.
134. X. Wang, E. Perzon, J. L. Delgado, P. de la Cruz, F. Zhang, F. Langa, M. Anderson, O. Inganäs, Appl. Phys. Lett. 2004, 85, 5081.
135. M. D. Irwin, D. B. Buchholz, A. W. Hains, R. P. H. Chang, T. J. Marks, PNAS, 2008, 105, 2783.
136. T. Markvart, European Summer University: Energy for Europe, Strasbourg, 7-14 July 2002.
137. G. Dennler, C. J. Brabec, in Organic Photovoltaics:Materials, Device Physics, and Manufacturing Technologies (Eds: C. J. Brabec, U. Scherf, V. Dyakonov), Wiley-VCH, Weinheim 2008.
138. K. Zweibel, in Thin Film Solar Cells (Eds: J. Poortmans, V. Arkhipov), Wiley-VCH, Berlin, Germany 2006