Anode interfacial tuning via electron-blocking/hole-transport layers and indium tin oxide surface treatment in bulk-heterojunction organic photovoltaic cells

Advanced Functional Materials

Volumn 20, Issue 4, 2010, Pages 595-606

  Hains, Alexander W ^a   Liu, Jun ^a   Martinson, Alex B F ^a   Irwin, Michael D ^a   Marks, Tobin J ^a  

^a NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BLOCKING EFFECT; BULK HETEROJUNCTION; CELL RESPONSE; CURRENT-VOLTAGE DATA; INDIUM TIN OXIDE; INTERFACIAL LAYER; LAYER INTERFACES; MDMO-PPV; ORGANIC PHOTOVOLTAIC CELLS; ORGANIC PHOTOVOLTAICS; OXYGEN PLASMAS; PEDOT:PSS; POLY(STYRENE SULFONATE); POWER CONVERSION EFFICIENCIES; PRE-TREATMENT; RESIDUAL CARBON; SOLVENT CLEANING; THERMAL STABILITY; TRANSPORT LAYERS; UV OZONE; UV-OZONE TREATMENT;

CONVERSION EFFICIENCY; HETEROJUNCTIONS; OPEN CIRCUIT VOLTAGE; OZONE; PHOTOVOLTAIC CELLS; PLASMA DEPOSITION; STYRENE; SURFACE TREATMENT; TIN; TITANIUM COMPOUNDS; X RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY;

OZONE LAYER;

EID: 77249115214     PISSN: 1616301X     EISSN: 16163028     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adfm.200901045     Document Type: Article

References (134)

1. a) M. Jørgensen, K. Norrman, F. C. Krebs, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2008, 92, 686.
2. b) S. Günes, H. Neugebauer, N. S. Sariciftci, Chem. Rev. 2007, 107, 1324.
3. K. M. Coakley, M. D. McCehee, Chem. Mater. 2004, 16, 4533.
4. H. Hoppe, N. S. Sariciftci, J. Mater. Res. 2004, 19, 1924.
5. e) H. Spanggaard, F. C. Krebs, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2004, 83, 125.
6. f) P. Peumans, A. Yakimov, S. R. Forrest, J. Appl. Phys. 2003, 93, 3693.
7. P. W. M. Blom, V. D. Mihailetchi, L. J. A. Koster, D. E. Markov, Adv. Mater. 2007, 19, 1551.
8. a) E. Bundgaard, F. C. Krebs, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2007, 91, 954.
9. b) C. Winder, N. S. Sariciftci, J. Mater. Chem. 2004, 14, 1077.
10. B. P. Rand, J. Genoe, P. Heremans, J. Poortmans, Prog. Photovolt. Res. Appl. 2007, 15, 659.
11. A. Moliton, J.-M. Nunzi, Polym. Int. 2006, 55, 583.
12. S. E. Gledhill, B. Scott, B. A. Gregg, J. Mater. Res. 2005, 20, 3167.
13. Organic Photovoltaics: Mechanisms, Materials and Devices, (Eds: S. -S. Sun N. S. Sariciftci), CRC, Boca Raton, FL 2005.
14. C. J. Brabec, J. A. Hauch, P. Schilinsky, C. Waldauf, MRS Bull. 2005, 30, 50.
15. C. J. Brabec, N. S. Sariciftci, J. C. Hummelen, Adv. Fund. Mater. 2001, 11, 15.
16. a) S. H. Park, A. Roy, S. Beaupré, S. Cho, N. Coates, J. S. Moon, D. Moses, M. Ledere, K. Lee, A. J. Heeger, Nat. Photonics 2009, 3, 297.
17. b) C. W. Tang, Appl. Phys. Lett. 1986, 48, 183.
18. G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science 1995, 270, 1789.
19. J. J. M. Halls, C. A. Walsh, N. C. Greenham, E. A. Marseglia, R. H. Friend, S. C. Moratti, A. B. Holmes, Nature 1995, 376, 498.
20. e) M. A. Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W. Warta, Prog. Photovolt. Res. Appl. 2008, 16, 435.
21. a) F. Padinger, R. S. Rittberger, N. S. Sariciftci, Adv. Fund. Mater. 2003, 13, 85.
22. b) W. Ma, C. Yang, X. Gong, L. Kwanghee, A. Heeger, Adv. Fund. Mater. 2005, 15, 1617.
23. G. Li, V. Shrotriya, J. Huang, Y. Yao, T. Moriarty, K. Emery, Y. Yang, Nat. Mater. 2005, 4, 864.
24. J. Y. Kim, K. Lee, N. E. Coates, D. Moses, T.-Q. Nguyen, M. Dante, A. J. Heeger, Science 2007, 317, 222.
25. M. D. Irwin, D. B. Buchholz, A. W. Hains, R. P. H. Chang, T. J. Marks, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2008, 105, 2783.
26. J. Xue, S. Uchida, B. P. Rand, S. R. Forrest, Appl Phys. Lett. 2004, 85, 5757.
27. B. P. Rand, D. P. Burk, S. R. Forrest, Phys. Rev. B: Condens. Matter 2007, 75, 115327.
28. a) L. J. A. Koster, V. D. Mihailetchi, P. W. M. Blom, Appl Phys. Lett. 2006, 88, 093511.
29. b) G. Dennler, M. C. Scharber, T. Ameri, P. Denk, K. Forberich, C. Waldauf, C. J. Brabec, Adv. Mater. 2008, 20, 579.
30. M. C. Scharber, D. Mühlbacher, M. Koppe, P. Denk, C. Waldauf, A. J. Heeger, C. J. Brabec, Adv. Mater. 2006, 18, 789.
31. a) F. Silvestri, M. D. Irwin, L. Beverina, A. Facchetti, G. A. Pagani, T. J. Marks, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 17640.
32. b) M. Sun, L. Wang, X. Zhu, B. Du, R. Liu, W. Yang, Y. Cao, Sol. Energy Mater. Sol Cells 2007, 91, 1681.
33. C. Shi, Y. Yao, Y. Yang, Q. Pei, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 8980.
34. Z. Liu, Q. Liu, Y. Huang, Y. Ma, S. Yin, X. Zhang, W. Sun, Y. Chen, Adv. Mater. 2008, 20, 3924.
35. a) F. Yang, M. Shtein, S. R. Forrest, Nat. Mater. 2004, 4, 37.
36. b) Y.-S. Hsiao, W.-T. Whang, S.-C. Suen, J.-Y. Shiu, C.-P. Chen, Nanotechnology 2008, 19, 415603.
37. J. Williams, A. B. Walker, Nanotechnology 2008, 19, 424011.
38. V. Gowrishankar, S. R. Scully, M. D. McGehee, Q. Wang, H. M. Branz, Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 252102.
39. a) M. M. Mandoc, F. B. Kooistra, J. C. Hummelen, B. d. Boer, P. W. M. Blom, Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 26305.
40. b) V. D. Mihailetchi, J. Wildeman, P. W. M. Blom, Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 126602.
41. L. J. A. Koster, V. D. Mihailetchi, B. d, Boer, P. W. M. Blom, Proc. SPIE-Int. Soc. Opt. Eng. 2006, 6192, 61920A.
42. O. V. Mikhnenko, F. Cordella, A. B. Sieval, J. C. Hummelen, P. W. M. Blom, M. A. Loi, J. Phys. Chem. S 2008, 112, 11601.
43. H. Ohklta, S. Cook, Y. Astuti, W. Duffy, S. Tierney, W. Zhang, M. Heeney, I. McCulloch, J. Nelson, D. D. C. Bradley, J. R. Durrant, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 3030.
44. a) M. Reyes-Reyes, K. Kim, J. Dewald, R. López-Sandoval, A. Avadhanula, S. Curran, D. L. Carroll, Org. Lett. 2005, 7, 5749.
45. b) D. L. Carroll, J. Liu, M. Namboothiry, K. Kim, Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 076102.
46. K. Emery, Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 266101.
47. K. Kim, J. Liu, M. A. G. Namboothiry, D. L. Carroll, Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 163511.
48. e) M. K. Riede, T. Mueller, B. Maennig, K. Leo, K. O. Sylvester-Hvid, B. Zimmermann, M. Niggemann, A. Gombert, Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 076101.
49. S. E. Shaheen, C. J. Brabec, N. S. Sariciftci, F. Padinger, T. Fromherz, J. C. Hummelen, Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 841.
50. a) S. Verlaak, V. Arkhipov, P. Heremans, Appl. Phys. Lett. 2003, 82, 745.
51. b) D. Wang, M. Reese, N. Kopidakis, B. A. Gregg, Do the defeds make it work? Defed engineering in pi-conjugated polymers and their solar cells, presented at 33rd, IEEE Photovoltaic Specialists Conference, San Diego, CA 2008.
52. P. Peumans, S. R. Forrest, Chem. Phys. Lett. 2004, 398, 27.
53. A. Liu, S. Zhao, S.-B. Rim, J. Wu, M. Könemann, P. Erk, P. Peumans, Adv. Mater. 2008, 20, 1065.
54. a) B. A. Gregg, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 4688.
55. b) B. A. Gregg, MRS Bull 2005, 30, 20.
56. Z. Lin, Chem. Eur. J. 2008, 14, 6494.
57. D. M. Nanditha, M. Dissanayake, R. A. Hatton, R. J. Curry, S. R. P. Silva, Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 113505.
58. a) M. M. Koetse, J. Sweelssen, T. Franse, S. C. Veenstra, J. M. Kroon, X. Yang, A. Alexeev, J. Loos, U. S. Schubert, H. F. M. Schoo, Proc. SPIE-Int. Soc. Opt. Eng. 2004, 5215, 119.
59. b) M. O. Reese, A. J. Morfa, M. S. White, N. Kopidakis, S. E. Shaheen, G. Rumbles, D. S. Ginley, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2008, 92, 746.
60. S. E. Shaheen, Mechanisms of Operation and Degradation in Solution-Processable Organic Photovoltaics, presented at IEEE 45th Annual International Reliability Physics Symposium Phoenix, AZ 2007.
61. M. S. Xu, J. B. Xu, J. Phys. D: Appl Phys. 2004, 37, 1603.
62. S. A. Paniagua, P. J. Hotchkiss, S. C. Jones, S. R. Marder, A. Mudalige, F. S. Marrikar, J. E. Pemberton, N. R. Armstrong, J. Phys. Chem. C 2008, 112, 7809.
63. A. W. Hains, T. J. Marks, Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 023504.
64. J. Y. Kim, S. H. Kim, H.-H. Lee, K. Lee, W. Ma, X. Gong, A. J. Heeger, Adv. Mater. 2006, 18, 572.
65. a) P. E. Burrows, V. Bulovic, S. R. Forrest, L S. Sapochak, D. M. McCarty, M. E. Thompson, Appl. Phys. Lett. 1994, 65, 2922.
66. b) F. A. Boroumand, A. Hammiche, G. Hill, D. G. Lidzey, Adv. Mater. 2004, 16, 252.
67. Y. Yuan, D. Grozea, Z. H. Lu, Appl. Phys. Lett. 2005, 86, 143509.
68. J. Cui, Q. Huang, J. C. G. Veinot, H. Yan, Q. Wang, G. R. Hutchinson, A. G. Richter, G. Evmenenko, P. Dutta.T. J. Marks, Langmuir 2002, 18, 9958.
69. Organic Light-Emitting Materials and Devices, (Eds: Z. R. Li, H. Meng,), CRC, Boca Raton, FL 2006.
70. H. Yan, P. Lee, N. R. Armstrong, A. Graham, G. A. Evmenenko, P. Dutta, T. J. Marks, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 3172.
71. Q. Huang, G. A. Evmenenko, P. Dutta, P. Lee, N. R. Armstrong, T. J. Marks, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 10227.
72. V. Adamovich, J. Brooks, A. Tamayo, A. M. Alexander, P. I. Djurovich, B. W. D'Andrade, C. Adachi, S. R. Forrest, M. E. Thompson, New J. Chem. 2002, 26, 1171.
73. J. A. Hagen, W. Li, A. J. Steckl, J. G. Grate, Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 171109.
74. T.-W. Lee, Y. Chung, Adv. Fund. Mater. 2008, 18, 2246.
75. M. M. d. Kok, M. Buechel, S. I. E. Vulto, P. v. d. Weijer, E. A. Meulenkamp, S. H. P. M. d. Winter, A. J. G. Mank, H. J. M. Vorstenbosch, C. H. L. Weijtens, V. v. Eisbergen, Phys. Status Solidi A 2004, 201, 1342.
76. P. Peumans, S. R. Forrest, Appl. Phys. Lett. 2001, 79, 126.
77. G. Li, C.-W. Chu, V. Shrotriya, J. Huang, Y. Yang, Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 253503.
78. T. M. Brown, J. S. Kim, R. H. Friend, F. Cacialli, R. Daik, W. J. Feast, Appl. Phys. Lett. 1999, 75, 1679.
79. a) M. Kemerink, S. Timpanaro, M. M. d. Kok, E. A. Meulenkamp, F. J. Touwslager, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 18820.
80. b) C. lonescu-Zanetti, A. Mechler, S. A. Carter, R. Lal, Adv. Mater. 2004, 16, 385.
81. a) M. P. d. Jong, L. J. v. Ijzendoorn, M. J. A. d. Voigt, Appl. Phys. Lett. 2000, 77, 2255.
82. b) K. W. Wong, H. L Yip, Y. Luo, K. Y. Wong, W. M. Lau, K. H. Low, H. F. Chow, Z. Q. Gao, L. Yeung, C. C. Chang, Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 2788.
83. J. Ni, H. Yan, A. Wang, Y. Yang, C. L. Stern, A. W. Metz, S. Jin, L. Wang, T. J. Marks, J. R. Ireland, C. R. Kannewurf, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 5613.
84. G. Greczynski, T. Kugler, M. Keil, W. Osikowicz, M. Fahlman, W. R. Salaneck, J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 2001, 127, 1.
85. S. Khodabakhsh, B. M. Sanderson, J. Nelson, T. S. Jones, Adv. Fund. Mater. 2006, 16, 95.
86. J. Navarro, H. Kanaan, I. Seguy, P. Jolinat, P. Destruel, G. Ablart, H. Bock, Proc. SPIE-lnt. Soc. Opt. Eng. 2008, 6999, 69991K.
87. S. Alem, R. d. Bettignies, J.-M. Nunzi, M. Cariou, Appl. Phys. Lett. 2004, 84, 2178.
88. M. Brumbach, P. A. Veneman, F. S. Marrikar, T. Schulmeyer, A. Simmonds, W. Xia, P. Lee, N. R. Armstrong, Langmuir 2007, 23, 11089.
89. a) H. J. Snaith, H. Kenrick, M. Chiesa, R. H. Friend, Polymer 2005, 46, 2573.
90. b) L. Groenendaal, F. Jonas, D. Freitag, H. Pielartzik, J. R. Reynolds, Adv. Mater. 2000, 12, 481.
91. H. Yan, M.-H. Yoon, A. Facchetti, T. J. Marks, Appl. Phys. Lett. 2005, 87, 183501.
92. M. Y. Chan, C. S. Lee, S. L. Lai, M. K. Fung, F. L. Wong, H. Y. Sun, K. M. Lau, S. T. Lee, J. Appl. Phys. 2006, 100, 094506.
93. H. Yan, B. J. Scott, Q. Huang, T. J. Marks, Adv. Mater. 2004, 16, 1948.
94. a) J. Li, L Hu, L. Wang, Y. Zhou, G. Grüner, T. J. Marks, Nano Lett. 2006, 6, 2472.
95. b) J. Li, L. Hu, J. Liu, L. Wang, T. J. Marks, G. Grüner, Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 083306.
96. C. Waldauf, M. C. Scharber, P. Schilinsky, J. A. Hauch, C. J. Brabec, J. Appl. Phys. 2006, 99, 104503.
97. C. Waldauf, M. Morana, P. Denk, P. Schilinsky, K. Coakley, S. A. Choulis, C. J. Brabec, Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 233517.
98. J. Li, L. Wang, J. Liu, G. Evmenenko, P. Dutta, T. J. Marks, Langmuir 2008, 24, 5755.
99. C. Carter, M. Brumbach, C. Donley, R. D. Hreha, S. R. Marder, B. Domercq, S. Yoo, B. Kippelen, N. R. Armstrong, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 25191.
100. S. Besbes, H. B. Ouada, J. Davenas, L. Ponsonnet, N. Jaffrezic, P. Alcouffe, Mater. Sci. Eng, C 2006, 26, 505.
101. J.-S. Kim, F. Cacialli, R. Friend, Thin Solid Films 2003, 445, 358.
102. K. Sugiyama, H. Ishi, Y. Ouchi, K. Seki, J. Appl. Phys. 2000, 87, 295.
103. Z. Z. You, J. Y. Dong, Vacuum 2007, 81, 819.
104. P. Destruel, H. Bock, I. Séguy, P. Jolinat, M. Oukachmih, E. Bedel-Pereira, Polym. Int. 2006, 55, 601.
105. Y.-H. Liau, N. F. Scherer, K. Rhodes, J. Phys. Chem. B 2001, 105, 3282.
106. W. Song, S. S. So, L. Cao, Appl Phys. A 2001, 72, 361.
107. a) C. J. Brabec, A. Cravino, D. Meissner, N. S. Sariciftci, M. T. Rispens, L. Sanchez, J. C. Hummelen, T. Fromherz, Thin Solid Films 2002, 403-404, 368.
108. b) C. J. Brabec, S. E. Shaheen, C. Winder, N. S. Sariciftci, Appl. Phys. Lett. 2002, 80.
109. C. M. Ramsdale, J. A. Barker, A. C. Arias, J. D. MacKenzie, R. H. Friend, N. C. Greenham, J. Appl. Phys. 2002, 92, 4266.
110. H. Frohne, S. E. Shaheen, C. J. Brabec, D. C. Müller, N. S. Sariciftci, K. Meerholz, ChemPhysChem 2002, 3, 795.
111. V. D. Mihailetchi, P. W. M. Blom, J. C. Hummelen, M. T. Rispens, J. Appl. Phys. 2003, 94, 6849.
112. K. L. Mutolo, E. I. Mayo, B. P. Rand, S. R. Forrest, M. E. Thompson, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 8108.
113. a) W. J. Potscavage, S. Yoo, B. Kippelen, Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 193308.
114. b) S. Yoo, J. W. J. Potscavage, B. Domercq, S.-H. Han, T.-D. Li, S. C. Jones, R. Szoszklewicz, D. Levi, E. Riedo, S. R. Marder, B. Kippelen, Solid-State Electron. 2007, 51, 1361.
115. C. Donley, D. Dunphy, D. Paine, C. Carter, K. Nebesny, P. Lee, D. Alloway, N. R. Armstrong, Langmuir 2002, 18, 450.
116. H. Yan, T. J. Marks, Proc. SPIE-lnt. Soc. Opt. Eng. 2004, 5519, 270.
117. S. K. M. Jönsson, E. Carlegrim, F. Zhang, W. R. Salaneck, M. Fahlman, Jpn. J. Appl. Phys, Part 2 2001, 44, 3695.
118. J. Y. Lee, Synth. Met. 2006, 156, 537.
119. M. Glatthaar, N. Nimgirulli, B. Zimmermann, T. Ziegler, R. Kern, M. Niggemann, A. Hinsch, A. Gombert, Phys. Status Solidi A 2005, 11, R125.
120. J. Cui, Q. Huang, J. G. C. Veinot, H. Yan, T. J. Marks, Adv. Mater. 2002, 14, 565.
121. H. J. Snaith, N. C. Greenham, R. H. Friend, Adv. Mater. 2004, 16, 1640.
122. N. I. Craciun, J. J. Brondijk, P. W. M. Blom, Phys. Rev. B: Condens. Matter 2008, 77, 035206.
123. M. Glatthaar, M. Riede, N. Keegan, K. Sylvester-Hvid, B. Zimmermann, M. Niggemann, A. Hinsch, A. Gombert, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2007, 91, 390.
124. J. Nelson, J. Kirkpatrick, P. Ravirajan, Phys. Rev. B: Condens. Matter 2004, 69, 035337.
125. P. Ravirajan, S. A. Haque, J. R. Durrant, D. Poplavskyy, D. D. C. Bradley, J. Nelson, J. Appl. Phys. 2004, 95, 1473.
126. P. Pacher, A. Lex, V. Proschek, O. Werzer, P. Frank, S. Temmel, W. Kern, R. Resel, A. Winkler, C. Slugove, R. Schennach, G. Trimmel, E. Zojer, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 12407.
127. a) E. B. Easton, Z. Qi, A. Kaufman, P. G. Pickup, Electrochem. Solid-State Lett. 2001, 4, A59.
128. b) V. V. Tsukruk, V. N. Bliznyuk, Langmuir 1998, 14, 446.
129. M.-H. Jung, H.-S. Choi, J. Colloid Interface Sci. 2007, 310, 550.
130. V. Shrotriya, G. Li, Y. Yao, T. Moriarty, K. Emery, Y. Yang, Adv. Fund. Mater. 2006, 16, 2016.
131. a) J. D. Servaites, S. Yeganeh, T. J. Marks, M. A. Ratner, Adv. Fund. Mater. 2009, 19, in press.
132. b) P. Schilinsky, C. Waldauf, J. Hauch, C. J. Brabec, J. Appl. Phys. 2004, 95, 2816.
133. W. U. Huynh, J. J. Dittmer, N. Teclemariam, D. J. Milliron, A. P. Alivisatos, K. W. J. Bamham, Phys. Rev. B: Condens. Matter 2003, 67, 115326.
134. S. Yoo, B. Domercq, B. Kippelen, J. Appl. Phys. 2005, 97, 103706.