On the importance of morphology control in polymer solar cells

Macromolecular Rapid Communications

Volumn 31, Issue 21, 2010, Pages 1835-1845

  Van Bavel, Svetlana ^a,b   Veenstra, Sjoerd ^a,c   Loos, Joachim ^a,b,d  

^a DUTCH POLYMER INSTITUTE DPI   (Netherlands)

^b EINDHOVEN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (Netherlands)

^c TNO   (Netherlands)

^d UNIVERSITY OF GLASGOW   (United Kingdom)

Author keywords

Bulk heterojunction; Electron tomography; Films; Morphology; Polymer solar cells

Indexed keywords

BULK HETEROJUNCTION; CHARGE MOBILITIES; CHARGE TRANSPORT; CRITICAL PARAMETER; DONOR AND ACCEPTOR; DONOR SYSTEMS; DONOR/ACCEPTOR INTERFACE; ELECTRON ACCEPTOR; ELECTRON DONORS; ELECTRON TOMOGRAPHY; EXCITON DISSOCIATION; HIGH CRYSTALLINITY; INTENSIVE RESEARCH; LAYER THICKNESS; MORPHOLOGY CONTROL; NANO SCALE; NANOMETRES; NANOSTRUCTURED POLYMERS; PHASE SEGREGATIONS; PHOTOACTIVE LAYERS; PHOTOVOLTAIC DEVICES; POLYMER SOLAR CELLS; RECENT PROGRESS; TWO-MATERIALS;

CONVERSION EFFICIENCY; ELECTRIC IMPEDANCE TOMOGRAPHY; ELECTRONS; MORPHOLOGY; NANOSTRUCTURED MATERIALS; PHASE INTERFACES; PHASE SEPARATION; POLYMER FILMS; POLYMERS; SOLAR CELLS; SOLAR POWER GENERATION; SOLVENTS; THICK FILMS;

HETEROJUNCTIONS;

EID: 78349236619     PISSN: 10221336     EISSN: 15213927     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/marc.201000080     Document Type: Review

References (111)

1. United Nations Development Program (UNDP), United Nations Department of Economy and Social Affairs (UNDESA), World Energy Council (WEC), World Energy Assessment Overview 2001,.
2. U.S. Bureau of the Census International Data Base, 2008.
3. International Energy Agency, Key World Energy Statistics,.
4. R. W. Bentley, Energy Policy 2002, 30, 189.
5. R. A. Kerr, Science 2007, 318, 1230.
6. W. A. Hermann, Energy 2006, 31, 1685.
7. N. Nakicenovic, N. A. Grubler, A. McDonald, Eds., Global Energy Perspectives, Cambridge University Press, Cambridge 1998.
8. G. Dennler, C. Brabec, in: Organic Photovoltaics, C. Brabec, V. Dyakonov, U. Scherf, Eds., Wiley-VCH, Weinheim 2008, pp. 531 - 566.
9. S. Gunes, H. Neugebauer, N. S. Sariciftci, Chem. Rev. 2007, 107, 1324.
10. H. Hoppe, N. S. Sariciftci, Adv. Polym. Sci. 2008, 214, 1.
11. Y. Liang, Z. Xu, J. Xia, S.-T. Tsai, Y. Wu, G. Li, C. Ray, L. Yu, Adv. Mater. 2010, 22, 1.
12. L. J. A. Koster, V. D. Mihailetchi, P. W. M. Blom, Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 09351.
13. M. Jorgensen, K. Norrman, F. C. Krebs, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2008, 92, 686.
14. A. L. Roes, E. A. Alsema, K. Blok, M. K. Patel, Prog. Photovolt.: Res. Appl. 2009, 17, 372.
15. R. H. Bube, Photoelectronic Properties of Semiconductors, Cambridge University Press, Cambridge 1992.
16. M. Pope, C. E. Swenberg, Electronic Processes in Organic Crystals and Polymers, Oxford University Press, Oxford 1999.
17. N. S. Sariciftci, L. Smilowitz, A. J. Heeger, F. Wudl, Science 1992, I, 1474.
18. A. Haugeneder, M. Neges, C. Kallinger, W. Spirkl, U. Lemmer, J. Feldmann, U. Scherf, E. Harth, A. Ggel, K. Mllen, Phys. Rev. B 1999, 59, 15346.
19. C. W. Tang, Appl. Phys. Lett. 1986, 48, 183.
20. P. Peumans, A. Yakimov, S. R. Forrest, J. Appl. Phys. 2003, 93, 3693.
21. L. Smilowitz, N. S. Sariciftci, R. Wu, C. Gettinger, A. J. Heeger, F. Wudl, Phys. Rev. B 1993, 47, 13835.
22. K. Yoshino, Y. X. Hong, K. Muro, S. Kiyomatsu, S. Morita, A. A. Zakhidov, T. Noguchi, T. Ohnishi, Jpn. J. Appl. Phys. 2 1993, 32, L357.
23. J. J. M. Halls, K. Pichler, R. H. Friend, S. C. Moratti, A. B. Holmes, Appl. Phys. Lett. 1996, 68, 3120.
24. T. J. Savenije, J. M. Warman, A. Goossens, Chem. Phys. Lett. 1998, 287, 148.
25. J. E. Kroeze, T. J. Savenije, M. J. W. Vermeulen, J. M. Warman, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 7696.
26. G. Yu, A. J. Heeger, J. Appl. Phys. 1995, 78, 4510.
27. 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.
28. G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science 1995, 270, 1789.
29. 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.
30. 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.
31. Y. Kim, S. A. Choulis, J. Nelson, D. D. C. Bradley, S. Cook, J. R. Durrant, Appl. Phys. Lett. 2005, 86, 063502.
32. S. Heutz, P. Sullivan, B. M. Sanderson, S. M. Schultes, T. S. Jones, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2004, 83, 229.
33. V. D. Mihailetchi, H. X. Xie, B. de Boer, L. J. A. Koster, P. W. M. Blom, Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 699.
34. V. D. Mihailetchi, P. W. M. Blom, J. C. Hummelen, M. T. Rispens, J. Appl. Phys. 2003, 94, 6849.
35. 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.
36. M. C. Scharber, D. Mhlbacher, M. Koppe, P. Denk, C. Waldauf, A. J. Heeger, C. J. Brabec, Adv. Mater. 2006, 18, 789.
37. oc on P can be neglected.
38. M. M. Mandoc, F. B. Kooistra, J. C. Hummelen, B. de Boer, P. W. M. Blom, Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 263505.
39. [34].
40. H. Hoppe, N. S. Sariciftci, J. Mater. Chem. 2006, 16, 45.
41. X. Yang, J. Loos, Macromolecules 2007, 40, 1353.
42. B. C. Thompson, J. M. J. Fréchet, Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 58.
43. J. C. Hummelen, B. W. Knight, F. LePeq, F. Wudl, J. Gao, C. L. Wilkins, J. Org. Chem. 1995, 60, 532.
44. F. Wudl, Acc. Chem. Res. 1992, 25, 157.
45. S. E. Shaheen, C. J. Brabec, N. S. Sariciftci, F. Padinger, T. Fromherz, J. C. Hummelen, Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 841.
46. A. Mozer, P. Denk, M. Scharber, H. Neugebauer, N. S. Sariciftci, P. Wagner, L. Lutsen, D. Vanderzande, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 5235.
47. F. Padinger, R. S. Rittberger, N. S. Sariciftci, Adv. Funct. Mater. 2003, 13, 85.
48. C. Waldauf, P. Schilinsky, J. Hauch, C. J. Brabec, Thin Solid Films 2004, 451, 503.
49. M. Al-Ibrahim, O. Ambacher, S. Sensfuss, G. Gobsch, Appl. Phys. Lett. 2005, 86, 201120.
50. W. Ma, C. Yang, X. Gong, K. Lee, A. J. Heeger, Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1617.
51. M. Svensson, F. Zhang, S. C. Veenstra, W. J. H. Verhees, J. C. Hummelen, J. M. Kroon, O. Inganäs, M. R. Andersson, Adv. Mater. 2003, 15, 988.
52. T. Yohannes, F. Zhang, M. Svensson, J. C. Hummelen, M. R. Andersson, O. Inganäs, Thin Solid Films 2004, 449, 152.
53. L. H. Slooff, S. C. Veenstra, J. M. Kroon, D. J. D. Moet, J. Sweelssen, M. M. Koetse, Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 143506.
54. O. Inganäs, F. Zhang, M. R. Andersson, Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1731.
55. R. Kroon, M. Lenes, J. C. Hummelen, P. W. M. Blom, B. de Boer, Polym. Rev. 2008, 48, 531.
56. J. Peet, J. Y. Kim, N. E. Coates, W. L. Ma, D. Moses, A. J. Heeger, G. C. Bazan, Nat. Mater. 2007, 6, 497.
57. R. Qin, W. Li, C. Li, C. Du, C. Veit, H.-F. Schleiermacher, M. Andersson, Z. Bo, Z. Liu, O. Inganäs, U. W rfel, F. Zhang, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 14612.
58. T.-Y. Chu, S. Alem, P. G. Verly, S. Wakim, J. Lu, Y. Tao, S. Beaupré, M. Leclerc, F. Bélanger, D. Désilets, S. Rodman, D. Waller, R. Gaudiana, Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 063304.
59. X. Yang, J. K. J. van Duren, R. A. J. Janssen, M. A. J. Michels, J. Loos, Macromolecules 2004, 37, 2152.
60. H. Hoppe, M. Niggemann, C. Winder, J. Kraut, R. Hiesgen, A. Hinsch, D. Meissner, N. S. Sariciftci, Adv. Funct. Mater. 2004, 14, 1005.
61. X. Yang, J. K. J. Van Duren, M. T. Rispens, J. C. Hummelen, R. A. J. Janssen, M. A. J. Michels, J. Loos, Adv. Mater. 2004, 16, 802.
62. H. Yang, T. J. Shin, L. Yang, K. Cho, C. Y. Ryu, Z. Bao, Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 671.
63. K. J. Ihn, J. Moulton, P. Smith, J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 1993, 31, 735.
64. J. A. Merlo, C. D. Frisbie, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 19169.
65. M. T. Rispens, A. Meetsma, R. Rittberger, C. J. Brabec, N. S. Sariciftci, J. C. Hummelen, Chem. Commun. 2003, 2116.
66. X. Yang, A. Alexeev, M. A. J. Michels, J. Loos, Macromolecules 2005, 38, 4289.
67. J. K. J. van Duren, X. Yang, J. Loos, C. W. T. Bulle-Lieuwma, A. B. Sieval, J. C. Hummelen, R. A. J. Janssen, Adv. Funct. Mater. 2004, 14, 425.
68. S. Bertho, G. Janssen, T. J. Cleij, B. Conings, W. Moons, A. Gadisa, J. D'Haen, E. Goovaerts, L. Lutsen, J. Manca, D. Vanderzande, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2008, 92, 753.
69. M.-H. Chen, J. Hou, Z. Hong, G. Yang, S. Sista, L.-M. Chen, Y. Yang, Adv. Mater. 2009, 21, 4238.
70. D. Veldman, S. C. J. Meskers, R. A. J. Janssen, Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 1939.
71. D. J. D. Moet, M. Lenes, J. D. Kotlarski, S. C. Veenstra, J. Sweelssen, M. M. Koetse, B. de Boer, P. W. M. Blom, Org. Electron. 2009, 10, 1275.
72. F. Zhang, K. G. Jespersen, C. Björström, M. Svensson, M. R. Andersson, V. Sundström, K. Magnusson, E. Moons, A. Yartsev, O. Inganäs, Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 667.
73. A. Gadisa, F. Zhang, D. Sharma, M. Svensson, M. R. Andersson, O. Inganäs, Thin Solid Films 2007, 515, 3126.
74. S. S. van Bavel, E. Sourty, G. de With, S. Veenstra, J. Loos, J. Mater. Chem. 2009, 19, 5388.
75. G. Li, V. Shrotriya, J. Huang, Y. Yao, T. Moriarty, K. Emery, Y. Yang, Nat. Mater. 2005, 4, 864.
76. M. Reyes-Reyes, K. Kim, D. Carroll, Appl. Phys. Lett. 2005, 87, 083506.
77. J. Peet, C. Soci, R. C. Coffin, T. Q. Nguyen, A. Mikhailovsky, D. Moses, G. C. Bazan, Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 252105.
78. Y. Zhao, G. X. Yuan, P. Roche, M. Leclerc, Polymer 1995, 36, 2211.
79. D. Chirvase, J. Parisi, J. C. Hummelen, V. Dyakonov, Nanotechnology 2004, 15, 1317.
80. T. J. Savenije, J. E. Kroeze, X. Yang, J. Loos, Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1260.
81. L. J. A. Koster, V. D. Mihailetchi, M. Lenes, P. W. M. Blom, in: Organic Photovoltaics, C. Brabec, V. Dyakonov, U. Scherf, Eds., WILEY-VCH, Weinheim 2008, pp. 283 - 298.
82. S. S. van Bavel, E. Sourty, G. de With, J. Loos, Nano Lett. 2009, 9, 507.
83. S. S. van Bavel, E. Sourty, G. de With, K. Frolic, J. Loos, Macromolecules 2009, 42, 7396.
84. P. A. van Hal, M. P. T. Christiaans, M. M. Wienk, J. M. Kroon, R. A. J. Janssen, J. Phys. Chem. B 1999, 103, 4352.
85. J. J. M. Halls, A. C. Arias, J. D. MacKenzie, W. Wu, M. Inbasekaran, W. P. Woo, R. H. Friend, Adv. Mater. 2000, 12, 498.
86. U. Stalmach, B. de Boer, C. Videlot, P. F. van Hutten, G. Hadziioannou, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 5464.
87. F. Zhang, M. Jonforsen, D. M. Johansson, M. R. Andersson, O. Inganäs, Synth. Met. 2003, 138, 555.
88. S. C. Veenstra, W. J. H. Verhees, J. M. Kroon, M. M. Koetse, J. Sweelssen, J. J. A. M. Bastiaansen, H. F. M. Schoo, X. Yang, A. Alexeev, J. Loos, U. S. Schubert, M. M. Wienk, Chem. Mater. 2004, 16, 2503.
89. B. R. Saunders, M. L. Turner, Adv. Colloid Interface Sci. 2008, 138, 1.
90. W. J. E. Beek, M. M. Wienk, R. A. J. Janssen, Adv. Mater. 2004, 16, 1009.
91. W. U. Huynh, J. J. Dittmer, A. P. Alivisatos, Science 2002, 295, 2425.
92. C. Y. Kuo, W. C. Tang, C. Gau, T. F. Guo, D. Z. Jeng, Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 033307.
93. S. Jenekhe, X. L. Chen, Science 1998, 279, 1903.
94. T. Nishizawa, H. K. Lim, K. Tajima, K. Hashimoto, Chem. Commun. 2009, 2469.
95. C. Yang, J. K. Lee, A. J. Heeger, F. Wudl, J. Mater. Chem. 2009, 19, 5416.
96. D. C. Olson, J. Piris, R. T. Collins, S. E. Shaheen, D. S. Ginley, Thin Solid Films 2006, 496, 26.
97. K. Coakley, M. D. McGehee, Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 3380.
98. A. J. Moule, K. Meerholz, Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 3028.
99. S. D. Oosterhout, M. M. Wienk, S. S. van Bavel, R. Thiedmann, L. J. A. Koster, J. Gilot, J. Loos, V. Schmidt, R. A. J. Janssen, Nat. Mater. 2009, 8, 818.
100. A. Hayakawa, O. Yoshikawa, T. Fujieda, K. Uehara, S. Yoshikawa, Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 163517.
101. H. Hansel, H. Zettl, G. Krausch, R. Kissilev, M. Thelakkat, H.-W. Schmidt, Adv. Mater. 2003, 15, 2056.
102. J. Gilot, I. Barbu, M. M. Wienk, R. A. J. Janssen, Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 113520.
103. J. Y. Kim, K. Lee, N. E. Coates, D. Moses, T.-Q. Nguyen, M. Dante, A. J. Heeger, Science 2007, 317, 222.
104. J. Gilot, M. M. Wienk, R. A. J. Janssen, Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 143512.
105. A. Hadipour, B. de Boer, J. Wildeman, F. B. Kooistra, J. C. Hummelen, M. Turbiez, M. M. Wienk, R. A. J. Janssen, P. W. M. Blom, Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 1897.
106. M. M. Wienk, M. G. R. Turbiez, J. Gilot, R. A. J. Janssen, Adv. Mater. 2008, 20, 2556.
107. M. Heeney, W. Zhang, D. J. Crouch, M. L. Chabinyc, S. Gordeyev, R. Hamilton, S. J. Higgins, I. McCulloch, P. J. Skabara, D. Sparrowe, S. Tierney, Chem. Commun. 2007, 47, 5061.
108. A. P. Zoombelt, M. Fonrodona, M. M. Wienk, A. B. Sieval, J. C. Hummelen, R. A. J. Janssen, Org. Lett. 2009, 11, 903.
109. C. R. McNeill, A. Abrusci, J. Zaumseil, R. Wilson, M. J. McKiernan, J. H. Burroughes, J. J. M. Halls, N. C. Greenham, R. H. Friend, Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 193506.
110. 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.
111. 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.