Small molecule solution-processed bulk heterojunction solar cells

Chemistry of Materials

Volumn 23, Issue 3, 2011, Pages 470-482

  Walker, Bright ^a   Kim, Chunki ^a   Nguyen, Thuc Quyen ^a  

^a UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BULK HETEROJUNCTION; BULK HETEROJUNCTION SOLAR CELLS; MOLECULAR DONORS; MOLECULAR SOLID; ORGANIC BULK-HETEROJUNCTION SOLAR CELLS; P-TYPE; REPRODUCIBILITIES; SMALL MOLECULES; SOLUTION-PROCESSED;

CONDUCTING POLYMERS; CONJUGATED POLYMERS; FULLERENES; ORGANIC CONDUCTORS; SOLAR CELLS;

HETEROJUNCTIONS;

EID: 79952162543     PISSN: 08974756     EISSN: 15205002     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cm102189g     Document Type: Article

References (96)

1. Dennler, G.; Scharber, M. C.; Brabec, C. J. Adv. Mater. 2009, 21, 1323.
2. Chen, H.-Y.; Hou, J.; Zhang, S.; Liang, Y.; Yang, G.; Yang, Y.; Yu, L.; Wu, Y.; Li, G. Nat. Photonics 2009, 3, 649.
3. Hummelen, J. C.; Knight, B. W.; Lepeq, F.; Wudl, F.; Yao, J.; Wilkins, C. L. J. Org. Chem. 1995, 60, 532.
4. In this review, SMBHJs are defined as solar cells incorporating a solution-processed active layer comprising donor and acceptor organic semiconductors that both have discrete (nonpolymeric) molecular structures.
5. Walker, B.; Tamayo, A. B.; Dang, X. D.; Zalar, P.; Seo, J. H.; Garcia, A.; Tantiwiwat, M.; Nguyen, T.-Q. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 3063.
6. Li, G.; Shrotriya, V.; Huang, J.; Yao, Y.; Moriarty, T.; Emery, K.; Yang, Y. Nat. Mater. 2005, 4, 864.
7. Ma, W.; Yang, C.; Gong, X.; Lee, K.; Heeger, A. J. Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1617.
8. Lloyd, M. T.; Anthony, J. E.; Malliaras, G. G. Mater. Today 2007, 10, 34.
9. Roncali, J. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1719.
10. 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.
11. Yu, G.; Gao, J.; Hummelen, J. C.; Wudl, F.; Heeger, A. J. Science 1995, 270, 1789.
12. Petritsch, K.; Dittmer, J. J.; Marseglia, E. A.; Friend, R. H.; Lux, A.; Rozenberg, G. G.; Moratti, S. C.; Holmes, A. B. Sol. Energy. Mater. Sol. Cells 2000, 61, 63.
13. Schmidt-Mende, L.; Fechtenkotter, A.; Mullen, K.; Moons, E.; Friend, R. H.; MacKenzie, J. D. Science 2001, 293, 1119.
14. Schmidt-Mende, L.; Fechtenkotter, A.; Mullen, K.; Friend, R. H.; MacKenzie, J. D. Physica E 2002, 14, 263.
15. Van de Craats, A. M.; Warman, J. M. Adv. Mater. 2001, 13, 130.
16. Roncali, J.; Frere, P.; Blanchard, P.; De Bettignies, R.; Turbiez, M.; Roquet, S.; Leriche, P.; Nicolas, Y. Thin Sol. Films 2006, 511, 567.
17. Sun, X.; Zhou, Y.; Wu, W.; Liu, Y.; Tian, W.; Yu, G.; Qiu, W.; Chen, S.; Zhu, D. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 7702.
18. Lloyd, M. T.; Mayer, A. C.; Tayi, A. S.; Bowen, A. M.; Kasen, T. G.; Herman, D. J.; Mourey, D. A.; Anthony, J. E.; Malliaras, G. G. Org. Electron. 2006, 7, 243.
19. Karpe, S.; Cravino, A.; Frère, P.; Allain, M.; Mabon, G.; Roncali, J. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 1163.
20. Roquet, S.; Bettignies, R.; Leriche, P.; Cravino, A.; Roncali, J. J. Mater. Chem. 2006, 16, 3040.
21. Kopidakis, N.; Mitchell, W. J.; Lagemaat, J.; Ginley, D. S.; Rumbles, G.; Shaheen, S.; Rance, W. L. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 103524.
22. Ma, C.-Q.; Fonrodona, M.; Schikora, M. C.; Wienk, M. M.; Janssen, R. A. J.; Baurle, P. Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 3323.
23. Jurchescu, O. D.; Baas, J.; Palstra, T. T. M. Appl. Phys. Lett. 2004, 84, 3061.
24. Ostroverkhova, O.; Shcherbyna, S.; Cooke, D. G.; Egerton, R. F.; Hegmann, F. A.; Tykwinski, R. R.; Parkin, S. R.; Anthony, J. E. J. Appl. Phys. 2005, 98, 033701.
25. Sundar, V. C.; Zaumseil, J.; Podzorov, V.; Menard, E.; Willett, R. L.; Someya, T.; Gershenson, M. E.; Rogers, J. A. Science 2004, 303, 1644.
26. Takeya, J.; Yamagishi, M.; Tominari, Y.; Hirahara, R.; Nakazawa, Y.; Nishikawa, T.; Kawase, T.; Shimoda, T.; Ogawa, S. Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 102120.
27. Seo, J.-H.; Park, D.-S.; Cho, S.-W.; Kim, C.-Y.; Jang, W.-C.; Whang, C.-N.; Yoo, K.-H.; Chang, G.-S.; Pedersen, T.; Moewes, A.; Chae, K.-H.; Cho, S.-J. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 163505.
28. Lloyd, M. T.; Mayer, A. C.; Subramanian, S.; Mourey, D. A.; Herman, D. J.; Bapat, A. V.; Anthony, J. E.; Malliaras, G. G. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 9144.
29. Anthony, J. E.; Subramanian, S.; Parkin, S. R.; Park, S. K.; Jackson, T. N. J. Mater. Chem. 2009, 19, 7984.
30. Anthony, J. E.; Purushothaman, B. SPIE Proc. 2007, 6658, 66580L-8.
31. Palilis, L. C.; Lane, P. A.; Kushto, G. P.; Purushothaman, B.; Anthony, J. E.; Kafafi, Z. H. Org. Electron. 2008, 9, 747.
32. Lim, Y.-F.; Shu, Y.; Parkin, S. R.; Anthony, J. E.; Malliaras, G. G. J. Mater. Chem. 2009, 19, 3049.
33. Valentini, L.; Bagnis, D.; Marrocchi, A.; Seri, M.; Taticchi, A.; Kenny, J. M. Chem. Mater. 2008, 20, 32.
34. Marrochi, A.; Silvestri, F.; Seri, M.; Facchetti, A.; Taticchi, A.; Marks, T. J. Chem. Commun. 2009, 1380.
35. Silvestri, F.; Marrocchi, A.; Seri, M.; Kim, C.; Marks, T. J.; Facchetti, A.; Taticchi, A. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6108.
36. Schmidtke, J. P.; Friend, R. H.; Kastler, M.; Mullen, K. J. Chem. Phys. 2006, 124, 174704.
37. Wong, W. W. H.; Singh, T. B.; Vak, D.; Pisula, W.; Yan, C.; Feng, X.; Williams, E. L.; Chan, K. L.; Mao, Q.; Jones, D. J.; Ma, C.-Q.; Mullen, K.; Bauerle, P.; Holmes, A. B. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 927.
38. Winzenberg, K. N.; Kemppinen, P.; Fanchini, G.; Bown, M.; Collis, G. E.; Forsyth, C. M.; Hegedus, K.; Singh, T. B.; Watkins, S. E. Chem. Mater. 2009, 21, 5701.
39. Dhanalbalan, A.; Van Duren, J. K. J.; Van Hal, P. A.; Van Dongen, J. L. J.; Janssen, R. A. Adv. Funct. Mater. 2001, 11, 255.
40. Meier, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 2482.
41. Perzon, E.; Wang, X.; Zhang, F.; Mammo, W.; Delgado, J. L.; Cruz, P.; Inganas, O.; Langa, F.; Andersson, M. R. Synth. Met. 2005, 154, 53.
42. Campos, L. M.; Tontcheva, A.; Günes, S.; Sonmez, G.; Neugebauer, H.; Sariciftci, N. S.; Wudl, F. Chem. Mater. 2005, 17, 4031.
43. Blouin, N.; Michaud, A.; Gendron, D.; Wakim, S.; Blair, E.; Neagu-Plesu, R.; Bellette, M.; Durocher, G.; Tao, Y.; Leclerc, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 732.
44. Roquet, S.; Cravino, A.; Leriche, P.; Aleveque, O.; Frere, P.; Roncali, J. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3459.
45. Cravino, A.; Leriche, P.; Aleveque, O.; Roquet, S.; Roncali, J. Adv. Mater. 2006, 18, 3033.
46. Leriche, P.; Frère, P.; Cravino, A.; Alevêque, O.; Roncali, J. J. Org. Chem. 2007, 72, 8332.
47. Zhou, Y.; Peng, P.; Han, L.; Tian, W. Synth. Met. 2007, 157, 502.
48. He, C.; He, Q.; Yang, X.; Wu, G.; Yang, C.; Bai, F.; Shuai, Z.; Wang, L.; Li, Y. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 8661.
49. He, C.; He, Q.; Wu, G.; Bai, F.; Li, Y. SPIE Proc. 2007, 6656, 66560Z.
50. He, C.; He, Q.; Yi, Y.; Wu, G.; Bai, F.; Shuai, Z.; Li, Y. J. Mater. Chem. 2008, 18, 4085.
51. Zhao, G.; Wu, G.; He, C.; Bai, F.-Q.; Xi, H.; Zhang, H.-X.; Li, Y. J. Phys, Chem. C 2009, 113, 2636.
52. Zhang, J.; Yang, Y.; He, C.; He, Y.; Zhao, G.; Li, Y. Macromolecules 2009, 42, 7619.
53. Sun, M.; Wang, L.; Du, B.; Xiong, Y.; Liu, R.; Cao, Y. Synth. Met. 2008, 158, 125.
54. Lincker, F.; Delbosc, N.; Bailly, S.; De Bettignies, R.; Billon, M.; Pron, A.; Demadrille, R. Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 3444.
55. Xia, P. F.; Feng, X. J.; Lu, J.; Tsang, S.-W.; Movileanu, R.; Tao, Y.; Wong, M. S. Adv. Mater. 2008, 20, 4810.
56. Zhang, W.; Tse, S. C.; Lu, J.; Tao, Y.; Wong, M. S. J. Mater. Chem. 2010, 20, 2182.
57. Xue, L.; He, J.; Gu, X.; Yang, Z.; Xu, B.; Tian, W. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 12911.
58. Li, W.; Du, C.; Li, F.; Zhou, Y.; Fahlman, M.; Bo, Z.; Zhang, F. Chem. Mater. 2009, 21, 5327.
59. Yang, Y.; Zhang, J.; Zhou, Y.; Zhao, G.; He, C.; Li, Y.; Andersson, M.; Inganäs, O.; Zhang, F. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 3701.
60. Shang, H.; Fan, H.; Shi, Q.; Li, S.; Li, Y.; Zhan, X. Sol. Energy Mater. 2010, 94, 457.
61. Liu, Y.; Wan, X.; Yin, B.; Zhou, J.; Long, G.; Yin, S.; Chen, Y. J. Mater. Chem. 2010, 20, 2464.
62. Yin, B.; Yang, L.; Liu, Y.; Chen, Y.; Qi, Q.; Zhang, F.; Yin, S. Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 023303.
63. Wallquist, O.; Lenz, R. Macromol. Symp. 2002, 187, 617.
64. Hao, Z.; Iqbal, A. Chem. Soc. Rev. 1997, 26, 203.
65. Wallquist, O. High-Performance Pigments, Smith, H. M., Ed.; Wiley-VCH: Weinheim. Germany, 2002; p 159.
66. Tamayo, A. B.; Tantiwiwat, M.; Walker, B.; Nguyen, T.-Q. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 15543.
67. Tantiwiwat, M.; Tamayo, A. B.; Luu, N.; Dang, X.-D.; Nguyen, T.-Q. J. Phys. Chem. C 2008, 17402.
68. Tamayo, A. B.; Walker, B.; Nguyen, T.-Q. J. Phys. Chem. C 2008, 2, 11545.
69. Tamayo, A. B.; Dang, X.-D.; Walker, B.; Seo, J. H.; Kent, T.; Nguyen, T.-Q. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 103301.
70. Peet, J.; Tamayo, A. B.; Dang, X.-D.; Seo, J.-H.; Nguyen, T.-Q. Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 163306.
71. To be submitted.
72. Tamayo, A.; Kent, T.; Tantiwiwat, M.; Dante, M. A.; Rogers, J.; Nguyen, T.-Q. Energy Environ. Sci. 2009, 2, 1180.
73. Ooi, Z. E.; Tam, T. L.; Shin, R. Y. C.; Chen, Z. K.; Kietzke, T.; Sellinger, A.; Baumgarten, M.; Mullen, K.; De Mello, J. C. J. Mater, Chem. 2008, 18, 4619.
74. Shin, R. Y. C.; Sonar, P.; Siew, P. S.; Chen, Z.-K.; Sellinger, A. J. Org. Chem. 2009, 74, 3293.
75. Schubert, M.; Yin, C.; Castellani, M.; Bange, S.; Tam, T. L.; Sellinger, A.; Horhold, H.-H.; Kietzke, T.; Neher, D. J. Chem. Phys. 2009, 130, 094703.
76. Inal, S.; Schubert, M.; Sellinger, A.; Neher, D. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 982.
77. Manuscript in preparation.
78. Dang, X.-D.; Tamayo, A. B.; Seo, J. H.; Hoven, C.; Walker, B.; Nguyen, T.-Q. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 3314.
79. Sonar, P.; Ng, G.-M.; Lin, T. T.; Dodabalapur, A.; Chen, Z.-K. J. Mater. Chem. 2010, 20, 3626.
80. Karsten, B. P.; Bouwer, R. K. M.; Hummelen, J. C.; Williams, R. M.; Janssen, R. A. J. Photochem. Photobiol. Sci. 2010, 9, 1055.
81. Rousseau, T.; Cravino, A.; Bura, T.; Ulrich, G.; Ziessel, R.; Roncali, J. Chem. Commun. 2009, 1673.
82. Rousseau, T.; Cravino, A.; Bura, T.; Ulrich, G.; Ziessel, R.; Roncali, J. J. Mater. Chem. 2009, 19, 2298.
83. Rousseau, T.; Cravino, A.; Ripaud, E.; Leriche, P.; Rihn, S.; De Nicola, A.; Ziessel, R.; Roncali, J. Chem. Commun. 2010, 46, 5082.
84. Kronenberg, N. M.; M. Deppisch, M.; Wurthner, F.; Lademann, H. W. A.; Deing, K.; Meerholz, K. Chem. Commun. 2008, 6489.
85. Burckstummer, H.; Kronenberg, N. M.; Gsanger, M.; Stolte, M.; Meerholz, K.; Wurthner, F. J. Mater. Chem. 2010, 20, 240.
86. Silvestri, F.; Irwin, M. D.; Beverina, L.; Facchetti, A.; Pagani, G. A.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 17640.
87. Bagnis, D.; Beverina, L.; Huang, H.; Silvestri, F.; Yao, Y.; Yan, H.; Pagani, G. A.; Marks, T. J.; Facchetti, A. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 4074.
88. Mayerhoffer, U.; Deing, K.; Gruss, K.; Braunschweig, H.; Meerholz, K.; Wurthner, F. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 8776.
89. Wei, G.; Wang, S.; Renshaw, K.; Thompson, M. E.; Forrest, S. R. ACS Nano 2010, 4, 1927.
90. Mei, J.; Graham, K. R.; Stalder, R.; Reynolds, J. R. Org. Lett. 2010, 12, 660.
91. Varotto, A.; Nam, C.-Y.; Radivojevic, I.; Tome, J. P. C.; Cavaleiro, J. A. S.; Black, C. T.; Drain, C. M. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 2552.
92. Matsuo, Y.; Sato, Y.; Niinomi, T.; Soga, I.; Tanaka, H.; Nakamura, E. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16048.
93. Zhao, X.; Piliego, C.; Kim, B.; Poulsen, D. A.; Ma, B.; Unruh, D. A.; Frechet, J. M. J. Chem. Mater. 2010, 22, 2325.
94. Sharma, G. D.; Suresh, P.; Mikroyannidis, J. A.; Stylianakis, M. M. J. Mater. Chem. 2010, 20, 561.
95. Mikroyannidis, J. A.; Suresh, P.; Sharma, G. D. Synth. Met. 2010, 160, 932.
96. Scharber, M. C.; Muhlbacher, D.; Koppe, M.; Denk, P.; Waldauf, C.; Heeger, A. J.; Brabec, C. J. Adv. Mater. 2006, 18, 789.