Excited-state photophysics in a low band gap polymer with high photovoltaic efficiency

Journal of Physical Chemistry C

Volumn 115, Issue 5, 2011, Pages 2371-2380

  Miller, Stephen A ^a   Stuart, Andrew C ^a   Womick, Jordan M ^a   Zhou, Huaxing ^a   You, Wei ^a   Moran, Andrew M ^a  

^a The University of North Carolina at Chapel Hill   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AVERAGE DISTANCE; BAND GAPS; CHARGE SEPARATIONS; ELECTRONIC STRUCTURE CALCULATIONS; EMPIRICAL MODEL; ENERGY TRANSFER PROCESS; EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS; FEMTOSECOND TRANSIENT; FLUORESCENCE MEASUREMENTS; FLUORESCENCE QUENCHING; LOW BANDGAP POLYMERS; MAXIMUM EFFICIENCY; PHOTO-EXCITATIONS; PHOTO-VOLTAIC EFFICIENCY; PHOTOPHYSICS; PHOTOVOLTAIC DEVICES; PHOTOVOLTAIC PERFORMANCE; PHOTOVOLTAIC POWER; SPATIAL CHARGE DISTRIBUTION; STEADY-STATE ABSORPTION; STRONG INTERACTION; STRONG VIBRONIC INTERACTION; SURROUNDING ENVIRONMENT; SYNTHESIZED POLYMERS; TIME CONSTANTS; TIME-RESOLVED OPTICAL SPECTROSCOPY; TIME-SCALES;

CHARGE TRANSFER; CONVERSION EFFICIENCY; ELECTRONIC STRUCTURE; ENERGY GAP; ENERGY TRANSFER; EXCITED STATES; FLUORESCENCE; ION EXCHANGE; PHOTOEXCITATION; PHOTOVOLTAIC EFFECTS; POLYMERS;

POLYMER FILMS;

EID: 79952674294     PISSN: 19327447     EISSN: 19327455     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp108534d     Document Type: Article

References (95)

1. Cheng, Y.-J.; Yang, S.-H.; Hsu, C.-S. Chem. Rev. 2009, 109, 5868
2. Chen, J.; Cao, Y. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1709
3. Piliego, C.; Holcombe, T. W.; Douglas, J. D.; Woo, C. H.; Beaujuge, P. M.; Fréchet, J. M. J. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 7595
4. Liang, Y.; Yu, L. Acc. Chem. Res. 2010, 43, 1227
5. Liang, Y.; Xu, Z.; Xia, J.; Tsai, S.-T.; Wu, Y.; Li, G.; Ray, C.; Yu, L. Adv. Mater. 2010, 22, E135
6. Chen, H.-Y.; Hou, J.; Zhang, S.; Liang, Y.; Yang, G.; Yang, Y.; Yu, L.; Wu, Y.; Li, G. Nat. Photonics 2009, 3, 649
7. Park, S. H.; Roy, A.; Beaupré, S.; Cho, S.; Coates, N.; Moon, J. S.; Moses, D.; Leclerc, M.; Lee, K.; Heeger, A. J. Nat. Photonics 2009, 3, 297
8. Chen, Y.-C.; Yu, C.-Y.; Fan, Y.-L.; Hung, L.-I.; Chen, C.-P.; C., T. Chem. Commun. 2010, 46, 6503
9. Zhou, H.; Yang, L.; Price, S. C.; Knight, K. J.; You, W. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 7992
10. Clarke, T. M.; Durrant, J. R. Chem. Rev. 2010, 110, 6736
11. Groves, C.; Reid, O. G.; Ginger, D. S. Acc. Chem. Res. 2010, 43, 612
12. Thompson, B. C.; Fréchet, J. M. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 58
13. Koster, L. J. A.; Mihailetchi, V. D.; Blom, P. W. M. Appl. Phys. Lett. 2006, 88 093511
14. Scharber, M. C.; Mühlbacher, D.; Koppe, M.; Denk, P.; Waldauf, C.; Heeger, A. J.; Brabec, C. J. Adv. Mater. 2006, 18, 789
15. Veldman, D.; Ipek, O.; Meskers, S. C. J.; Sweelssen, J.; Koetse, M. M.; Veenstra, S. C.; Kroon, J. M.; Bavel, S. S. v.; Loos, J.; Janssen, R. A. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7721
16. Clarke, T. M.; Ballantyne, A.; Jamieson, F.; Brabec, C.; Nelson, J.; Durrant, J. R. Chem. Commun. 2008, 89
17. Hwang, I. W.; Soci, C.; Moses, D.; Zhu, Z.; Waller, D.; Gaudiana, R.; Brabec, C.; Heeger, A. Adv. Mater. 2007, 19, 2307
18. Ohkita, H.; Cook, S.; Astuti, Y.; Duffy, W.; Tierney, S.; Zhang, W.; Heeney, M.; McCulloch, I.; Nelson, J.; Bradley, D. D. C.; Durrant, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 3030
19. Dennler, G.; Scharber, M. C.; Brabec, C. J. Adv. Mater. 2009, 21, 1323
20. Piris, J.; Dykstra, T. E.; Bakulin, A. A.; Loosdrecht, P. H. M. v.; Knulst, W.; Trinh, M. T.; Schins, J. M.; Siebbeles, L. D. A. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 14500
21. Blom, P. W. M.; Mihailetchi, V. D.; Koster, L. J. A.; Markov, D. E. Adv. Mater. 2007, 19, 1551
22. Pensack, R. D.; Asbury, J. B. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 15986
23. Zhou, H.; Yang, L.; Stoneking, S.; You, W. ACS Appl. Mater. Interfaces 2010, 2, 1377
24. Price, S. C.; Stuart, A. C.; You, W. Macromolecules 2010, 43, 4609
25. Zhou, H.; Yang, L.; Xiao, S.; Liu, S.; You, W. Macromolecules 2010, 43, 811
26. Havinga, E. E.; Tenhoeve, W.; Wynberg, H. Synth. Met. 1993, 55-57, 299
27. Ajayaghosh, A. Chem. Soc. Rev. 2003, 32, 181
28. Yang, L.; Zhou, H.; You, W. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 16793
29. van Mullekom, H. A. M.; Vekemans, J. A. J. M.; Havinga, E. E.; Meijer, E. W. Mater. Sci. Eng., R. 2001, 32, 1
30. Förster, T. Ann. Phys. 1948, 437, 55
31. Dogariu, A.; Gupta, R.; Heeger, A. J.; Wang, H. Synth. Met. 1999, 100, 95
32. van Amerongen, H.; Valkunas, L.; van Grondelle, R. Photosynthetic Excitons; World Scientific: Singapore, 2000.
33. Wohlgenannt, M.; Graupner, W.; Wenzel, F. P.; Tasch, S.; List, E. J. W.; Leising, G.; Graupner, M.; Hermetter, A.; Rohr, U.; Schlichting, P.; Geerts, Y.; Scherf, U.; Müllen, K. Chem. Phys. 1998, 227, 99
34. Schwartz, B. J. Annu. Rev. Phys. Chem. 2003, 54, 141
35. Schwartz, B. J.; Nguyen, T. Q.; Wu, J.; Tolbert, S. H. Synth. Met. 2001, 116, 35
36. Beljonne, D.; Pourtois, G.; Silva, C.; Hennebicq, E.; Herz, L. M.; Friend, R. H.; Scholes, G. D.; Setayesh, S.; Müllen, K.; Brédas, J. L. Proc. Natl. Acad. Sci. 2002, 99, 10982
37. Hennebicq, E.; Pourtois, G.; Scholes, G. D.; Herz, L. M.; Russell, D. M.; Silva, C.; Setayesh, S.; Grimsdale, A. C.; Müllen, K.; Brédas, J.-L.; Beljonne, D. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 4744
38. Averbeke, B. V.; Beljonne, D. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 2677
39. Wells, N. P.; Boudouris, B. W.; Hillmyer, M. A.; Blank, D. A. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 15404
40. Collini, E.; Scholes, G. D. Science 2009, 323, 369
41. Scholes, G. D. Annu. Rev. Phys. Chem. 2003, 54, 57
42. Nguyen, T.-Q.; Wu, J.; Doan, V.; Schwartz, B. J.; Tolbert, S. H. Science 2000, 288, 652
43. Ahn, T.-S.; Wright, N.; Bardeen, C. J. Chem. Phys. Lett. 2007, 446, 43
44. Gaab, K. M.; Bardeen, C. J. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4619
45. Lammi, R. K.; Barbara, P. F. Photochem. Photobiol. Sci. 2005, 4, 95
46. Wells, N. P.; Blank, D. A. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 086403
47. Ultrafast Dynamics and Laser Action of Organic Semiconductors; Vardeny, Z. V., Ed.; CRC Press: Boca Raton, 2009.
48. Milota, F.; Sperling, J.; Szocs, V.; Tortschanoff, A.; Kauffmann, H. F. J. Chem. Phys. 2004, 120, 9870
49. Sperling, J.; Benesch, C.; Kuna, L.; Kauffmann, H. F.; Milota, F. Synth. Met. 2004, 143, 315
50. Pensack, R. D.; Asbury, J. B. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2255
51. Gaab, K. M.; Bardeen, C. J. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 10801
52. Womick, J. M.; Miller, S. A.; Moran, A. M. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 6630
53. Womick, J. M.; Miller, S. A.; Moran, A. M. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 6587
54. Miller, S. A.; Moran, A. M. J. Chem. Phys. A 2010, 114, 2117
55. Lepetit, L.; Chériaux, G.; Joffre, M. J. Opt. Soc. Am. B 1995, 12, 2467
56. Gallagher, S. M.; Albrecht, A. W.; Hybl, J. D.; Landin, B. L.; Rajaram, B.; Jonas, D. M. J. Opt. Soc. Am. B 1998, 15, 2338
57. Jonas, D. M. Annu. Rev. Phys. Chem. 2003, 54, 425
58. Conjugated Polymers: Theory, Synthesis, Properties, and Characterization; Skotheim, T. A.; Reynolds, J. R., Ed.; CRC Press: Taylor and Francis Group: Boca Raton, 2007.
59. Mukamel, S. Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy; Oxford University Press: New York, 1995.
60. Grage, M. M.-L.; Zaushitsyn, Y.; Yartsev, A.; Chachisvilis, M.; Sundström, V.; Pullerits, T. Phys. Rev. B 2003, 67
61. Xie, Y.; Li, Y.; Xiao, L.; Qiao, Q.; Dhakal, R.; Zhang, Z.; Gong, Q.; Galipeau, D.; Yan, X. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 14590
62. Beenken, W. J. D.; Pullerits, T. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 6164
63. Tretiak, S.; Saxena, A.; Martin, R. L.; Bishop, A. R. Phys. Rev. Lett. 2002, 89 097402
64. Ruseckas, A.; Wood, P.; Samuel, I. D. W.; Webster, G. R.; Mitchell, W. J.; Burn, P. L.; Sundström, V. Phys. Rev. B 2005, 72, 115214
65. Yang, X.; Dykstra, T. E.; Scholes, G. D. Phys. Rev. B 2005, 71 045203
66. Kraabel, B.; Hummelen, J. C.; Vacar, D.; Moses, D.; Sariciftci, N. S.; Heeger, A. J.; Wudl, F. J. Chem. Phys. 1996, 104, 4267
67. Bakulin, A. A.; Hummelen, J. C.; Pshenichnikov, M. S.; van Loosdrecht, P. H. M. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 1653
68. Kraabel, B.; Klimov, V. I.; Kohlman, R.; Xu, S.; Wang, H.-L.; McBranch, D. W. Phys. Rev. B 2000, 61, 8501
69. Xu, Q.-H.; Moses, D.; Heeger, A. J. Phys. Rev. B 2003, 68, 174303
70. Nelson, J. Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2002, 6, 87
71. Halls, J. J. M.; Pichler, K.; Friend, R. H.; Moratti, S. C.; Holmes, A. B. Appl. Phys. Lett. 1996, 68, 3120
72. Yang, C. L.; Tang, Z. K.; Ge, W. K.; Wang, J. N.; Zhang, Z. L.; Jian, X. Y. Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 1737
73. Terao, Y.; Sasabe, H.; Adachi, C. Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 103515
74. Markov, D. E.; Amsterdam, E.; Blom, P. W. M.; Sieval, A. B.; Hummelen, J. C. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 5266
75. Markov, D. E.; Tanase, C.; Blom, P. W. M.; Wildeman, J. Phys. Rev. B 2005, 72 045217
76. Scully, S. R.; McGehee, M. D. J. Appl. Phys. 2006, 100 034907
77. Stübinger, T.; Brütting, W. J. Appl. Phys. 2001, 90, 3632
78. Hoppe, H.; Sariciftci, N. S. J. Mater. Chem. 2006, 16, 45
79. Martinson, A. B. F.; Massari, A. M.; Lee, S. J.; Gurney, R. W.; Splan, K. E.; Hupp, J. T.; Nguyen, S. T. J. Electrochem. Soc. 2006, 153, A527
80. Eigner, A. A.; Konold, P. E.; Massari, A. M. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 14549
81. Vacar, D.; Maniloff, E. S.; McBranch, D. W.; Heeger, A. J. Phys. Rev. B 1997, 56, 4573
82. Moses, D.; Dogariu, A.; Heeger, A. J. Phys. Rev. B 2000, 61, 9373
83. Müller, J. G.; Lupton, J. M.; Feldmann, J.; Lemmer, U.; Scharber, M. C.; Sariciftci, N. S.; Brabec, C. J.; Scherf, U. Phys. Rev. B 2005, 72, 195208
84. Guldi, D. M.; Prato, M. Acc. Chem. Res. 2000, 33, 695
85. Yamamoto, S.; Guo, J.; Ohkita, H.; Ito, S. Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 2555
86. Sariciftci, N. S.; Smilowitz, L.; Heeger, A. J.; Wudl, F. Science 1992, 258, 1474
87. Martini, I. B.; Ma, B.; Da Ros, T.; Helgeson, R.; Wudl, F.; Schwartz, B. J. Chem. Phys. Lett. 2000, 327, 253
88. Pensack, R. D.; Banyas, K. M.; Asbury, J. B. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 5344
89. Brabec, C. J.; Zerza, G.; Cerullo, G.; De Silvestri, S.; Luzzati, S.; Hummelen, J. C.; Sariciftci, S. Chem. Phys. Lett. 2001, 340, 232
90. Guo, J.; Ohkita, H.; Benten, H.; Shinzaburo, I. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6154
91. Wienk, M. M.; Struijk, M. P.; Janssen, R. A. J. Chem. Phys. Lett. 2006, 422, 488
92. Ayzner, A. L.; Tassone, C. J.; Tolbert, S. H.; Schwartz, B. J. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 20050
93. Craig, I. M.; Tassone, C. J.; Tolbert, S. H.; Schwartz, B. J. J. Chem. Phys. 2010, 133 044901
94. Clark, J.; Chang, J.-F.; Spano, F. C.; Friend, R. H.; Silva, C. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 163306
95. Moses, D.; Dogariu, A.; Heeger, A. J. Chem. Phys. Lett. 2000, 316, 356