Absolute rate of charge separation and recombination in a molecular model of the P3HT/PCBM interface

Journal of Physical Chemistry C

Volumn 115, Issue 5, 2011, Pages 2406-2415

  Liu, Tao ^a   Troisi, Alessandro ^a  

^a UNIVERSITY OF WARWICK   (United Kingdom)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BULK HETEROJUNCTION SOLAR CELLS; CHARGE SEPARATIONS; CHARGE TRANSFER STATE; CHARGE-TRANSFER RATE; CONTINUUM MODEL; DFT METHOD; ELECTRONIC COUPLING; EQUILIBRIUM ENERGY; EXPERIMENTAL VALUES; INTERFACIAL CHARGE; METHYL ESTERS; MOLECULAR MODELS; POLY (3-HEXYLTHIOPHENE); RATE EQUATIONS; RATE EXPRESSION; REORGANIZATION ENERGIES; SIMPLIFIED MODELS; THIOPHENE RING; TRIPLET STATE;

CHARGE TRANSFER; CONTINUUM MECHANICS; ESTERS; HETEROJUNCTIONS; THIOPHENE;

BUTYRIC ACID;

EID: 79952684790     PISSN: 19327447     EISSN: 19327455     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp109130y     Document Type: Article

References (103)

1. Green, M. A. Physica E 2002, 14, 11-17
2. Blom, P. W. M.; Mihailetchi, V. D.; Koster, L. J. A.; Markov, D. E. Adv. Mater. 2007, 19, 1551-1566
3. Thompson, B. C.; Frechet, J. M. J. Angew. Chem. Int. Ed 2008, 47, 58-77
4. Yu, G.; Gao, J.; Hummelen, J. C.; Wudl, F.; Heeger, A. J. Science 1995, 270, 1789-1791
5. 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, 498-500
6. Ai, X.; Beard, M. C.; Knutsen, K. P.; Shaheen, S. E.; Rumbles, G.; Ellingson, R. J. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 25462-25471
7. Hwang, I. W.; Moses, D.; Heeger, A. J. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 4350-4354
8. 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, 3030-3042
9. Kanai, Y.; Grossman, J. C. Nano Lett. 2007, 7, 1967-1972
10. Li, G.; Shrotriya, V.; Huang, J. S.; Yao, Y.; Moriarty, T.; Emery, K.; Yang, Y. Nat. Mater. 2005, 4, 864-868
11. Froves, C. R., O. G.; Ginger, D. S. Acc. Chem. Res. 2010, 43, 612-620
12. Guo, J. M. O., H.; Benten, H.; Ito, S. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6154-6164
13. Ma, W. L.; Yang, C. Y.; Gong, X.; Lee, K.; Heeger, A. J. Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1617-1622
14. Choi, J. H.; Son, K. I.; Kim, T.; Kim, K.; Ohkubo, K.; Fukuzumi, S. J. Mater. Chem. 2010, 20, 475-482
15. Wong, W. Y.; Wang, X. Z.; He, Z.; Djurisic, A. B.; Yip, C. T.; Cheung, K. Y.; Wang, H.; Mak, C. S. K.; Chan, W. K. Nat. Mater. 2007, 6, 521-527
16. Chen, H. Y.; Hou, J. H.; Zhang, S. Q.; Liang, Y. Y.; Yang, G. W.; Yang, Y.; Yu, L. P.; Wu, Y.; Li, G. Nat. Photonics 2009, 3, 649-653
17. Peet, J.; Kim, J. Y.; Coates, N. E.; Ma, W. L.; Moses, D.; Heeger, A. J.; Bazan, G. C. Nat. Mater. 2007, 6, 497-500
18. Bijleveld, J. C.; Zoombelt, A. P.; Mathijssen, S. G. J.; Wienk, M. M.; Turbiez, M.; de Leeuw, D. M.; Janssen, R. A. J. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16616-16617
19. Liang, Y. Y.; Xu, Z.; Xia, J. B.; Tsai, S. T.; Wu, Y.; Li, G.; Ray, C.; Yu, L. P. Adv. Mater. 2010, 22, E135-E138
20. Brédas, J. L.; Norton, J. E.; Cornil, J.; Coropceanu, V. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1691-1699
21. Deibel, C.; Mack, D.; Gorenflot, J.; Scholl, A.; Krause, S.; Reinert, F.; Rauh, D.; Dyakonov, V. Phys. Rev. B 2010, 81, 085202
22. Jortner, J. J. Chem. Phys. 1976, 64, 4860-4867
23. Marcus, R. A. Faraday Discuss. Chem. Soc. 1982, 74, 7-15
24. Barbara, P. F.; Meyer, T. J.; Ratner, M. A. J. Phys. Chem. 1996, 100, 13148-13168
25. Piris, J.; Dykstra, T. E.; Bakulin, A. A.; van Loosdrecht, P. H. M.; Knulst, W.; Trinh, M. T.; Schins, J. M.; Siebbeles, L. D. A. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 14500-14506
26. Ma, W.; Kim, J. Y.; Lee, K.; Heeger, A. J. Macromol. Rapid Commun. 2007, 28, 1776-1780
27. Kawatsu, T.; Coropceanu, V.; Ye, A. J.; Brédas, J. L. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 3429-3433
28. Lemaur, V.; Steel, M.; Beljonne, D.; Brédas, J. L.; Cornil, J. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 6077-6086
29. Yi, Y. P.; Coropceanu, V.; Brédas, J. L. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 15777-15783
30. Roncali, J. Chem. Rev. 1992, 92, 711-738
31. Liu, T.; Gao, J. S.; Xia, B. H.; Zhou, X.; Zhang, H. X. Polymer 2007, 48, 502-511
32. Goeb, S.; De Nicola, A.; Ziessel, R. J. Org. Chem. 2005, 70, 1518-1529
33. Runge, E.; Gross, E. K. U. Phys. Rev. Lett. 1984, 52, 997-1000
34. Parr, R. G. Y.; W, T. Density functionaltheory of atoms and molecules; Oxford University Press: New York, 1989.
35. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648-5652
36. Zhao, Y.; Truhlar, D. G. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 157-167
37. Dreuw, A.; Head-Gordon, M. Chem. Rev. 2005, 105, 4009-4037
38. Dreuw, A.; Head-Gordon, M. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4007-4016
39. Dreuw, A.; Weisman, J. L.; Head-Gordon, M. J. Chem. Phys. 2003, 119, 2943-2946
40. Adamo, C.; Barone, V. J. Chem. Phys. 1998, 108, 664-675
41. Liu, T.; Xia, B. H.; Zhou, X.; Zhang, H. X.; Pan, Q. J.; Gao, J. S. Organometallics 2007, 26, 143-149
42. Liu, T.; Xia, B. H.; Zheng, Q. C.; Zhou, X.; Pan, Q. J.; Zhang, H. X. J. Comput. Chem. 2010, 31, 628-638
43. The background charge method includes polarization to the first order, in the sense that the polarization of each fragment due to the surrounding charge is naturally included in the method. However, the surrounding charge is not modified to take into account the effect of polarization, and so higher order polarization effects are excluded.
44. Chirlian, L. E.; Francl, M. M. J. Comput. Chem. 1987, 8, 894-905
45. Malagoli, M.; Coropceanu, V.; da Silva, D. A.; Brédas, J. L. J. Chem. Phys. 2004, 120, 7490-7496
46. Della Valle, R. G.; Brillante, A.; Farina, L.; Venuti, E.; Masino, M.; Girlando, A. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2004, 416, 145-154
47. Di Motta, S.; Di Donato, E.; Negri, F.; Orlandi, G.; Fazzi, D.; Castiglioni, C. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6591-6598
48. Norton, J. E.; Brédas, J. L. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 12377-12384
49. McMahon, D. P.; Troisi, A. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 941-946
50. Marcus, R. A. Rev. Mod. Phys. 1993, 65, 599-610
51. Burquel, A.; Lemaur, V.; Beljonne, D.; Lazzaroni, R.; Cornil, J. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 3447-3453
52. Marcus, R. A. J. Chem. Phys. 1965, 24, 966-978
53. Marcus, R. A.; Sutin, N. Biochim. Biophys. Acta 1985, 811, 265-322
54. Marcus, R. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 1964, 15, 155-196
55. German, E. D.; Kuznetsov, A. M. Electrochim. Acta 1981, 26, 1595-1608
56. German, E. D.; Kharkats, Y. I. Chem. Phys. Lett. 1995, 245, 427-430
57. Sharp, K. A. Biophys. J. 1998, 73, 1241-1250
58. Troisi, A.; Ratner, M. A.; Zimmt, M. B. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 2215-2224
59. Voityuk, A. A.; Rösch, N. J. Chem. Phys. 2002, 117, 5607-5616
60. Cave, R. J.; Newton, M. D. Chem. Phys. Lett. 1996, 249, 15-19
61. Wu, Q.; Van Voorhis, T. Phys. Rev. A 2005, 72, 024502
62. Hsu, C.-P. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 509-518
63. Yeganeh, S.; Van Voorhis, T. J. Phys. Chem. C 2010, DOI: 10.1021/jp106989t.
64. Huang, J.; Kertesz, M. Chem. Phys. Lett. 2004, 390, 110-115
65. Huang, J.; Kertesz, M. J. Chem. Phys. 2005, 122, 234707
66. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, J. A., Jr.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima,; T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li,; X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala,; P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich,; S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe,; M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong,; M. W.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian 03; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2004.
67. Duskesas, G.; Larsson, S. Theor. Chem. Acc. 1997, 97, 110-118
68. Zhang, C. R.; Chen, H. S.; Chen, Y. H.; Wei, Z. Q.; Pu, Z. S. Acta Phys.-Chim. Sin. 2008, 24, 1353-1358
69. Horowitz, G.; Bachet, B.; Yassar, A.; Lang, P.; Demanze, F.; Fave, J.-L.; Garnier, F. Chem. Mater. 1995, 7, 1337-1341
70. Barbarella, G.; Zambianchi, M.; Bongini, A.; Antolini, L. Adv. Mater. 1994, 4, 282-285
71. Yassar, A.; Garnier, F.; Deloffre, F.; Horowitz, G.; Ticard, L. Adv. Mater. 1994, 6, 660-663
72. Lap, D. V.; Grebner, D.; Rentsch, S. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 107-112
73. Ran, X. Q.; Feng, J. K.; Ren, A. M.; Tian, W. Q.; Zou, L. Y.; Liu, Y. L.; Sun, C. C. J. Phys. Org. Chem. 2009, 22, 680-690
74. Darling, S. B. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 8891-8895
75. Schueppel, R.; Uhrich, C.; Pfeiffer, M.; Leo, K.; Brier, E.; Reinold, E.; Baeuerle, P. ChemPhysChem 2007, 8, 1497-1503
76. Deibel, C.; Dyakonov, V. Rep. Prog. Phys. 2010, 73, 096401
77. Dyer-Smith, C.; Reynolds, L. X.; Bruno, A.; Bradley, D. D. C.; Haque, S. A.; Nelson, J. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 2701-2708
78. Cohen, A. J.; Mori-Sánchez, P.; Yang, W. J. Chem. Phys. 2008, 129, 121104
79. Banerji, N.; Furstenberg, A.; Bhosale, S.; Sisson, A. L.; Sakai, N.; Matile, S.; Vauthey, E. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 8912-8922
80. Lee, J.; Vandewal, K.; Yost, S. R.; Bahlke, M. E.; Goris, L.; Baldo, M. A.; Manca, J. V.; Van Voorhis, T. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11878-11880
81. Clarke, T.; Ballantyne, A.; Jamieson, F.; Brabec, C.; Nelson, J.; Durrant, J. Chem. Commun. 2009, 89-91
82. Weller, A. Z. Phys. Chem. Neue Folge 1982, 133, 93-98
83. Vandewal, K. T., K.; Gadisa, A; Inganas, O.; Manca, J. V. Phy. Rev. B 2010, 81, 125204
84. Bader, R. F. W.; Preston, H. J. T. Theor. Chim. Acta 1970, 17, 384-395
85. Bader, R. F. W.; Carroll, M. T.; Cheeseman, J. R.; Chang, C. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 7968-7979
86. Koster, L. J. A.; Mihailetchi, V. D.; Blom, P. W. M. Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 093511
87. Glatthaar, M.; Riede, M.; Keegan, N.; Sylvester-Hvid, K.; Zimmermann, B.; Niggemann, M.; Hinsch, A.; Gombert, A. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2007, 91, 390-393
88. Hoppe, H.; Shokhovets, S.; Gobsch, G. Phys. Stat. Sol. (RRL) 2007, 1, R40-R42
89. Moule, A. J.; Meerholz, K. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 061901
90. Hamnett, A.; Hillman, A. R. J. Electrochem. Soc. 1988, 135, 2517-2524
91. Cheung, D. L.; McMahon, D. P.; Troisi, A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 11179-11186
92. Cheung, D. L.; Troisi, A. J. Phys. Chem. C 2010, DOI: 10.1021/jp1049167.
93. Grzegorczyk, W. J.; Savenije, T. J.; Dykstra, T. E.; Piris, J.; Schins, J. M.; Siebbeles, L. D. A. J. Phys. Chem. 2010, 114, 5182-5186
94. Braun, S.; Salaneck, W. R.; Fahlman, M. Adv. Mater. 2009, 21, 1450-1472
95. Avilov, I.; Geskin, V.; Cornil, J. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 624-633
96. Vásquez, H.; Flores, F.; Oszwaldowski, R.; Ortega, J.; Pérez, R.; Kahn, A. Appl. Surf. Sci. 2004, 234, 107-112
97. Alcamí, M.; Mó, O.; Yáñez, M. Mass Spectrom. Rev. 2001, 20, 195-245
98. Sousa, S. F.; Fernandes, P. A.; Ramos, M. J. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 10439-10452
99. Vukmirovic, N.; Wang, L. W. Nano Lett. 2009, 9, 3996-4000
100. Prins, P.; Grozema, F. C.; Galbrecht, F.; Scherf, U.; Siebbeles, L. D. A. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 11104-11112
101. Olivier, Y.; Muccioli, L.; Lemaur, V.; Geerts, Y. H.; Zannoni, C.; Cornil, J. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 14102-14111
102. Marcon, V.; Breiby, D. W.; Pisula, W.; Dahl, J.; Kirkpatrick, J.; Patwardhan, S.; Grozema, F.; Andrienko, D. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 11426-11432
103. Kubar, T.; Kleinekathofer, U.; Elstner, M. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 13107-13117