Effects of electrode structure on photoelectrochemical properties of ZnO electrodes modified with porphyrin-fullerene composite layers with an intervening fullerene monolayer

Journal of Physical Chemistry C

Volumn 113, Issue 24, 2009, Pages 10819-10828

  Hayashi, Hironobu ^a   Kira, Aiko ^a   Umeyama, Tomokazu ^a   Matano, Yoshihiro ^a   Charoensirithavorn, Patcharee ^a   Sagawa, Takashi ^a   Yoshikawa, Susumu ^a   Tkachenko, Nikolai Y ^b   Lemmetyinen, Helge ^b   Imahori, Hiroshi ^a,c,d  

^a KYOTO UNIVERSITY   (Japan)

^b TAMPERE UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (Finland)

^c KYOTO UNIVERSITY   (Japan)

^d KYOTO UNIVERSITY   (Japan)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ACID MOLECULES; BULK HETEROJUNCTION; BULK HETEROJUNCTION SOLAR CELLS; CELL PERFORMANCE; CHARGE RECOMBINATIONS; CHARGE SEPARATIONS; COMPOSITE LAYER; DONOR-ACCEPTOR COMBINATIONS; DYE SENSITIZED; ELECTRODE STRUCTURE; FLUORESCENCE LIFETIME MEASUREMENTS; FULLERENE COMPOSITES; MODIFIED SURFACES; PHOTOCURRENT GENERATIONS; PHOTOELECTROCHEMICAL PROPERTIES; REFERENCE SYSTEMS; STEADY-STATE FLUORESCENCE; SURFACE AREA; TOP SURFACE; ZINC PORPHYRINS; ZNO ELECTRODES; ZNO NANOPARTICLES; ZNO NANOROD; ZNO NANOROD ARRAYS;

ACIDS; BIOINFORMATICS; CELL MEMBRANES; ELECTRODES; ELECTRON MOBILITY; FLUORESCENCE; FULLERENES; HETEROJUNCTIONS; MONOLAYERS; NANOPARTICLES; NANORODS; PHOTOCURRENTS; PHOTOVOLTAIC CELLS; PORPHYRINS; SOLAR CELLS; ZINC; ZINC OXIDE;

SEMICONDUCTING ZINC COMPOUNDS;

EID: 67649295187     PISSN: 19327447     EISSN: 19327455     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp902623g     Document Type: Article

References (102)

1. (a) Hagfeldt, A.; Grätzel, M. Ace Chem. Res. 2000, 33, 269.
2. (b) Grätzel, M. Nature 2001, 414, 338.
3. (c) Grätzel, M. Pure Appl. Chem. 2001, 73, 459.
4. (d) Watson, D. F.; Meyer, G. J. Annu. Rev. Phys. Chem. 2005, 56, 119.
5. (e) Anderson, N. A.; Lian, T. Annu. Rev. Phys. Chem. 2005, 56, 491.
6. (f) Lewis, N. S. Inorg. Chem. 2005, 44, 6900.
7. (g) Duncan, W. R.; Prezhdo, O. V. Annu. Rev. Phys. Chem. 2007, 58, 143.
8. (h) Imahori, H.; Umeyama, T.; Ito, S. Acc. Chem. Res. 2009, 42, DOI: 10.1021/ar900034t.
9. (a) Yu, G.; Gao, J.; Hummelen, J. C.; Wudl, F.; Heeger, A. J. Science 1995, 270, 1789.
10. (b) Padinger, F.; Rittberger, R. S.; Sariciftci, N. S. Adv. Funct. Mater. 2003, 13, 85.
11. (c) Hoppe, H.; Sariciftci, N. S. J. Mater. Chem 2006, 16, 45.
12. (d) Scharber, M. C.; Mühlbacher, D.; Koppe, M.; Denk, P.; Waldauf, C.; Heeger, A. J.; Brabec, C. J. Adv. Mater. 2006, 18, 789.
13. (e) Kim, J. Y.; Lee, K.; Coates, N. E.; Moses, D.; Nguyen, T.-Q.; Dante, M.; Heeger, A. J. Science 2007, 317, 222.
14. (f) Kim, K.; Liu, J.; Namboothiry, M. A. G.; Carroll, D. L. Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 163511.
15. (a) Shaheen, S. E.; Brabec, C. J.; Sariciftci, N. S.; Padinger, F.; Fromherz, T.; Hummelen, J. C. Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 841.
16. (b) Li, G.; Shrotriya, V.; Huang, J.; Yao, Y.; Moriarty, T.; Emery, K.; Yang, Y. Nat. Mater. 2005, 4, 864.
17. (c) Ma, W.; Yang, C.; Gong, X.; Lee, K.; Heeger, A. J. Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1617.
18. Kim, Y.; Cook, S.; Tuladhar, S. M.; Choulis, S. A.; Nelson, J.; Durrant, J. R.; Bradley, D. D. C.; Giles, M.; Mcculloch, I.; Ha, C.-S.; Ree, M. Nat. Mater. 2006, 5, 197.
19. (a) Schmidt-Mende, L.; Fechtenkötter, A.; Müllen, K.; Moons, E.; Friend, R. H.; MacKenzie, J. D. Science 2001, 293, 1119.
20. (b) Halls, J. J. M.; Walsh, C. A.; Greenham, N. C.; Marseglia, E. A.; Friend, R. H.; Moratti, S. C.; Holmes, A. B. Nature 1995, 376, 498.
21. (c) Sommer, M.; Lindner, S. M.; Thelakkat, M. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 1493.
22. (a) Huynh, W. U.; Dittmer, J. J.; Alivisatos, A. P. Science 2002, 295, 2425.
23. (b) Liu, J.; Tanaka, T.; Sivula, K.; Alivisatos, A. P.; Fréchet, J. M. J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 6550.
24. (a) Hiramoto, M.; Fujiwara, H.; Yokoyama, M. Appl. Phys. Lett. 1991, 58, 1062.
25. (b) Tsuzuki, T.; Shirota, Y.; Rostalski, J.; Meissner, D. Sol. Energy Mater. Sol Cells 2000, 61, 1.
26. (c) Gebeyehu, D.; Maennig, B.; Drechsel, J.; Leo, K.; Pfeiffer, M. Sol. Energy Mater. Sol Cells 2003, 79, 81.
27. (d) Xue, J.; Rand, B. P.; Uchida, S.; Forrest, S. R. Adv. Mater. 2005, 177, 66.
28. (a) Wienk, M. M.; Kroon, J. M.; Verhees, W. J. H.; Knol, J.; Hummelen, J. C.; van Hal, P. A.; Janssen, R. A. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 3371.
29. (b) Eckert, J.-F.; Nicoud, J.-F.; Nierengarten, J.-F.; Liu, S.-G.; Echegoyen, L.; Barigelletti, F.; Armaroli, N.; Ouali, L.; Krasnikov, V.; Hadziioannou, G. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 7467.
30. (a) Imahori, H.; Fukuzumi, S. Adv. Funct. Mater. 2004, 14, 525.
31. (b) Imahori, H. J. Phys. Chem. B 2004, 708, 6130.
32. (c) Imahori, H. J. Mater. Chem. 2007, 17, 31.
33. (d) Imahori, H. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2007, 80, 621.
34. (e) Umeyama, T.; Imahori, H. Energy Environ. Sci. 2008, 1, 120.
35. (f) Umeyama, T.; Imahori, H. J. Phys. Chem. C 2009, 113, DOI: 10.1021/ jp9007448.
36. (g) Kamat, P. V. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 2834.
37. (h) Fukuzumi, S.; Kojima, T. J. Mater. Chem. 2008, 18, 1427.
38. (a) Liu, Y.; Xiao, S.; Li, H.; Li, Y.; Liu, H.; Lu, F.; Zhuang, J.; Zhu, D. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 6256.
39. (b) Huang, C.-H.; McClenaghan, N. D.; Kuhn, A.; Hofstraat, J. W.; Bassani, D. M. Org. Lett. 2005, 7, 3409.
40. (c) Imahori, H.; Liu, J.-C.; Hosomizu, K.; Sato, T.; Mori, Y.; Hotta, H.; Matano, Y.; Araki, Y.; Ito, O.; Maruyama, N.; Fujita, S. Chem. Commun. 2004, 2066.
41. (d) Imahori, H.; Liu, J.-C.; Hotta, H.; Kira, A.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Li, G.; Ye, S.; Isosomppi, M.; Tkachenko, N. V.; Lemmetyinen, H. J. Phys. Chem B 2005, 109, 18465.
42. (e) Kira, A.; Tanaka, M.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Yoshimoto, N.; Zhang, Y.; Ye, S.; Lehtivuori, H.; Tkachenko, N. V.; Lemmetyinen, H.; Imahori, H. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 13618.
43. (a) Ma, W.; Yang, C.; Gong, X.; Lee, K.; Heeger, A. J. Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1617.
44. (b) Peet, J.; Kim, J. Y.; Coates, N. E.; Ma, W. L.; Moses, D.; Heeger, A. J. Nat. Mater. 2007, 6, 497.
45. (c) Hoppe, M.; Niggemann, M.; Winder, C.; Kraut, J.; Hiesgen, R.; Hinch, A.; Meissner, D.; Sariciftci, N. S. Adv. Funct. Mater. 2004, 14, 1005.
46. (d) Suemori, K.; Miyata, T.; Yokoyama, M.; Hiramoto, M. Appl Phys. Lett. 2005, 86, 063509.
47. (a) Hasobe, T.; Imahori, H.; Fukuzumi, S.; Kamat, P. V. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 12105.
48. (b) Kira, A.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Yoshida, K.; Isoda, S.; Isosomppi, M.; Tkachenko, N. V.; Lemmetyinen, H.; Imahori, H. Langmuir 2006, 22, 5497.
49. (c) Kang, S.; Umeyama, T.; Ueda, M.; Matano, Y.; Hotta, H.; Yoshida, K.; Isoda, S.; Shiro, M.; Imahori, H. Adv. Mater. 2006, 18, 2549.
50. (d) Imahori, H.; Ueda, M.; Kang, S.; Hayashi, H.; Hayashi, S.; Kaji, H.; Seki, S.; Saeki, A.; Tagawa, S.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Yoshida, K.; Isoda, S.; Shiro, M.; Tkachenko, N. V.; Lemmetyinen, H. Chem.-Eur. J. 2007, 13, 10182.
51. (e) Kira, A.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Yoshida, K.; Isoda, S.; Park, J.-K.; Kim, D.; Imahori, H. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3198.
52. (a) Hasobe, T.; Kashiwagi, Y.; Absalom, M. A.; Sly, J.; Hosomizu, K.; Crossley, M. J.; Imahori, H.; Kamat, P. V.; Fukuzumi, S. Adv. Mater. 2004, 16, 975.
53. (b) Hasobe, T.; Kamat, P. V.; Absalom, M. A.; Kashiwagi, Y.; Sly, J.; Crossley, M. J.; Hosomizu, K.; Imahori, H.; Fukuzumi, S. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 12865.
54. Hasobe, T.; Kamat, P. V.; Troiani, V.; Solladié, N.; Ahn, T. K.; Kim, S. K.; Kim, D.; Kongkanand, A.; Kuwabata, S.; Fukuzumi, S. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 19.
55. (a) Hasobe, T.; Imahori, H.; Kamat, P. V.; Ahn, T. K.; Kim, S. K.; Kim, D.; Fujimoto, A.; Hirakawa, T.; Fukuzumi, S. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 1216.
56. (b) Imahori, H.; Fujimoto, A.; Kang, S.; Hotta, H.; Yoshida, K.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Isoda, S. Adv. Mater. 2005, 17, 1727.
57. (c) Imahori, H.; Fujimoto, A.; Kang, S.; Hotta, H.; Yoshida, K.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Isoda, S.; Isosomppi, M.; Tkachenko, N. V.; Lemmetyinen, H. Chem-Eur. J. 2005, 11, 7265.
58. (d) Imahori, H.; Mitamura, K.; Umeyama, T.; Hosomizu, K.; Matano, Y.; Yoshida, K.; Isoda, S. Chem. Commun. 2006, 406.
59. (e) Imahori, H.; Mitamura, K.; Shibano, Y.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Yoshida, K.; Isoda, S.; Araki, Y.; Ito, O. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 11399.
60. (f) Imahori, H.; Fujimoto, A.; Kang, S.; Hotta, H.; Yoshida, K.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Isoda, S. Tetrahedron 2006, 62, 1955.
61. (g) Hasobe, T.; Fukuzumi, S.; Hattori, S.; Kamat, P. V. Chem.-Asian. J. 2007, 2, 265.
62. (a) Kang, Y.; Park, N.-G.; Kim, D. Appl. Phys. Lett. 2005, 86, 113101.
63. (b) Wang, L.; Liu, Y. S.; Jiang, X.; Qin, D. H.; Cao, Y. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 9538.
64. (a) Wei, Q.; Hirota, K.; Tajima, K.; Hashimoto, K. Chem. Mater. 2006, 18, 5080.
65. (b) Park, J. H.; Lee, T.-W.; Kang, M. G. Chem. Commun. 2008, 2867.
66. Kannan, B.; Castelino, K.; Majumdar, A. Nano. Lett. 2003, 3, 1729.
67. Galoppini, E.; Rochford, J.; Chen, H.; Saraf, G.; Lu, Y.; Hagfeldt, A.; Boschloo, G. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 16159.
68. Kaidashev, E. M.; Lorenz, M.; von Wenckstern, H.; Rahm, A.; Semmelhack, H.-C.; Han, K.-H.; Benndorf, G.; Bundesmann, C.; Hochmuth, H.; Grundmann, M. Appl. Phys. Lett. 2003, 82, 3901.
69. Law, M.; Greene, L.; Johnson, J. C.; Saykally, R.; Yang, P. Nat. Mater. 2005, 4, 455.
70. (a) Olson, D. C.; Piris, J.; Collins, R. T.; Shaheen, S. E.; Ginley, D. S. Thin Solid Films 2006, 496, 26.
71. (b) Ravirajan, P.; Peiró, A. M.; Nazeeruddin, M. K.; Grätzel, M.; Bradley, D. D. C.; Durrant, J. R.; Nelson, J. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 7635.
72. (c) Takanezawa, K.; Hirota, K.; Wei, Q.-S.; Tajima, K.; Hashimoto, K. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 7218.
73. (d) Olson, D. C.; Lee, Y.-J.; White, M. S.; Kopidakis, N.; Shaheen, S. E.; Ginley, D. S.; Voigt, J. A.; Hsu, J. W. P. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 16640.
74. (e) Olson, D. C.; Lee, Y.-J.; White, M. S.; Kopidakis, N.; Shaheen, S. E.; Ginley, D. S.; Voigt, J. A.; Hsu, J. W. P. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 9544.
75. (a) White, M. S.; Olson, D. C.; Shaheen, S. E.; Kopidakis, N.; Ginley, D. S. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 143517.
76. (b) Gilot, J.; Barbu, I.; Wienk, M. M.; Janssen, R. A. J. Apply. Phys. Lett. 2007, 97, 113520.
77. (c) Yip, H.-L.; Hau, S. K.; Baek, N. S.; Jen, A. K.-Y. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 193313.
78. Green, L. E.; Law, M.; Goldberger, J.; Kim, F.; Johnson, J. C.; Zhang, Y. F.; Saykally, R. J.; Yang, P. D. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 3031.
79. Geier, G. R.; Lindsey, J. S. Tetrahedron 2004, 60, 11435.
80. (a) Hirsch, A.; Lamparth, I.; Karfunkel, H. R. Angew. Chem., Int. Ed. Engl 1994, 33, 437.
81. (b) Hirsch, A.; Lamparth, I.; Grösser, T.; Karfunkel, H. R. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 9385.
82. (c) Lamparth, I.; MaichleMössmer, C.; Hirsch, A. Angew. Chem., Int. Ed. Engl 1995, 34, 1607.
83. (a) Song, J.; Lim, S. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 596.
84. (b) Li, C.; Fang, G.; Li, J.; Ai, L.; Dong, B.; Zhao, X. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 990.
85. Keis, K.; Vayssieres, L.; Rensmo, H.; Lindquist, S.-E.; Hagfeldt, A. J. Electrochem. Soc. 2001, 148, A149.
86. (a) Mott, N. F. Proe R. Soc. London, Ser. A 1939, 171, 27.
87. (b) Schottky, W. Z. Phys. 1942, 778, 539.
88. (c) Bolts, J. M.; Wrighton, M. S. J. Phys. Chem. 1976, 80, 2641.
89. (d) Watson, D. F.; Marton, A.; Stux, A. M.; Meyer, G. J. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 11680.
90. (a) Fabregat-Santiago, F.; Garcia-Belmonte, G.; Bisquert, J.; Bogdanoff, P.; Zaban, A. J. Electrochem. Soc. 2003, 150, E293.
91. (b) Chun, W.-J.; Ishikawa, A.; Fujisawa, H.; Takata, T.; Kondo, J. N.; Hara, M.; Kawai, M.; Matsumoto, Y.; Domen, K. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 1798.
92. (a) Matsumoto, Y.; Omae, K.; Watanabe, I.; Sato, E. J. Electrochem. Soc. 1986, 133, 711.
93. (b) Matsumoto, Y. J. Solid State Chem. 1996, 126, 227.
94. (a) Redmond, G.; O'Keeffe, A.; Burgess, C.; MacHale, C.; Fitzmaurice, D. J. Phys. Chem. 1993, 97, 11081.
95. (b) Sayama, K.; Sugihara, H.; Arakawa, H. Chem. Mater. 1998, 10, 3825.
96. (c) Noack, V.; Weiler, H.; Eychmüller, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2003, 5, 384.
97. The fine structure (470-520 nm) of the photocurrent action spectra results from artifacts of our photocurrent measurement system.
98. Hotta, H.; Kang, S.; Umeyama, T.; Matano, Y.; Yoshida, K.; Isoda, S.; Imahori, H. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 5700.
99. (a) Armaroli, N.; Marconi, G.; Echegoyen, L.; Bourgeois, J.-P.; Diederlich, F. Chem.-Eur. J. 2000, 6, 1629.
100. (b) Tkachenko, N. V.; Guenther, C.; Imahori, H.; Tamaki, K.; Sakata, Y.; Fukuzumi, S.; Lemmetyinen, H. Chem. Phys. Lett. 2000, 326, 344.
101. (c) Imahori, H.; Tkachenko, N. V.; Vehmanen, V.; Tamaki, K.; Lemmetyinen, H.; Sakata, Y.; Fukuzumi, S. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 1750.
102. (d) Armaroli, N.; Accorsi, G.; Song, F.; Palkar, A.; Echegoyen, L.; Bonifazi, D.; Diederlich, F. ChemPhysChem 2005, 6, 732.