Structural and electrical functionality of NiO interfacial films in bulk heterojunction organic solar cells

Chemistry of Materials

Volumn 23, Issue 8, 2011, Pages 2218-2226

  Irwin, Michael D ^a,f   Servaites, Jonathan D ^b,f   Buchholz, D Bruce ^b,f   Leever, Benjamin J ^b,d,f   Liu, Jun ^a,f   Emery, Jonathan D ^b   Zhang, Ming ^b,f   Song, Jung Hwan ^c,f   Durstock, Michael F ^d   Freeman, Arthur J ^c,f   Bedzyk, Michael J ^b,c,e   Hersam, Mark C ^a,b,f   Chang, Robert P H ^b,f   Ratner, Mark A ^a,f   Marks, Tobin J ^a,b,f  

^a Department of Chemistry ^*  (United States)

^b Northwestern University   (United States)

^c NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

^d AIR FORCE RESEARCH LABORATORY   (United States)

^e ARGONNE NATIONAL LABORATORY   (United States)

^f Argonne Northwestern Solar Energy Research Center (ANSER)   (United States)

Author keywords

electron blocking layer; hole transport layer; interfacial layer; nickel oxide; NiO; organic photovoltaics; organic solar cells

Indexed keywords

ELECTRON BLOCKING LAYER; HOLE TRANSPORT LAYERS; INTERFACIAL LAYER; NIO; ORGANIC PHOTOVOLTAICS; ORGANIC SOLAR CELL;

ATOMIC FORCE MICROSCOPY; CALCULATIONS; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTRIC PROPERTIES; ELECTRONIC PROPERTIES; ELECTRONIC STRUCTURE; HETEROJUNCTIONS; HOLE MOBILITY; NICKEL OXIDE; OPEN CIRCUIT VOLTAGE; PASSIVATION; PHOTOVOLTAIC EFFECTS; PULSED LASER DEPOSITION; SODIUM CHLORIDE; SOLAR CELLS; TRANSPARENCY; X RAY DIFFRACTION;

CRYSTAL STRUCTURE;

EID: 79955060984     PISSN: 08974756     EISSN: 15205002     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cm200229e     Document Type: Article

References (114)

1. 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
2. He, Y. J.; Chen, H. Y.; Hou, J. H.; Li, Y. F. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 5532
3. Helgesen, M.; Sondergaard, R.; Krebs, F. C. J. Mater. Chem. 2010, 20, 36
4. Heremans, P.; Cheyns, D.; Rand, B. P. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1740
5. Hou, J.; Chen, H.-Y.; Zhang, S.; Chen, R. I.; Yang, Y.; Wu, Y.; Li, G. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 15586
6. Zou, Y. P.; Najari, A.; Berrouard, P.; Beaupre, S.; Aich, B. R.; Tao, Y.; Leclerc, M. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 5330
7. Brabec, C. J.; Durrant, J. R. MRS Bull. 2008, 33, 670
8. Cai, W. Z.; Gong, X.; Cao, Y. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2010, 94, 114
9. Dennler, G.; Lungenschmied, C.; Neugebauer, H.; Sariciftci, N. S.; Labouret, A. J. Mater. Res. 2005, 20, 3224
10. Gaudiana, R.; Brabec, C. Nat. Photonics 2008, 2, 287
11. Gledhill, S. E.; Scott, B.; Gregg, B. A. J. Mater. Res. 2005, 20, 3167
12. Guenes, S.; Neugebauer, H.; Sariciftci, N. S. Chem. Rev. 2007, 107, 1324
13. Kroon, R.; Lenes, M.; Hummelen, J. C.; Blom, P. W. M.; de Boer, B. Polym. Rev. 2008, 48, 531
14. Shaheen, S. E.; Ginley, D. S.; Jabbour, G. E. MRS Bull. 2005, 30, 10
15. Thompson, B. C.; Frechet, J. M. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 58
16. Servaites, J. D.; Yeganeh, S.; Marks, T. J.; Ratner, M. A. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 97
17. Morton, O. Nature 2006, 443, 19
18. Jen, A. K. Y. J. Mater. Chem. 2010, 20, 2491
19. Tobjork, D.; Aarnio, H.; Makela, T.; Osterbacka, R. Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 2008, 1091E, 1091
20. Green, R.; Morfa, A.; Ferguson, A. J.; Kopidakis, N.; Rumbles, G.; Shaheen, S. E. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 033301
21. Li, G.; Shrotriya, V.; Huang, J.; Yao, Y.; Moriarty, T.; Emery, K.; Yang, Y. Nat. Mater. 2005, 4, 864
22. Steirer, K. X.; Berry, J. J.; Reese, M. O.; van Hest, M. F. A. M.; Miedaner, A.; Liberatore, M. W.; Collins, R. T.; Ginley, D. S. Thin Solid Films 2009, 517, 2781
23. Girtan, M.; Rusu, M. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2010, 94, 446
24. Jorgensen, M.; Norrman, K.; Krebs, F. C. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2008, 92, 686
25. Vitoratos, E.; Sakkopoulos, S.; Dalas, E.; Paliatsas, N.; Karageorgopoulos, D.; Petraki, F.; Kennou, S.; Choulis, S. A. Org. Electron. 2009, 10, 61
26. Dennler, G.; Scharber, M. C.; Brabec, C. J. Adv. Mater. 2009, 21, 1323
27. 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
28. Servaites, J. D.; Ratner, M. A.; Marks, T. J. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 163302
29. Tang, C. W. Appl. Phys. Lett. 1986, 48, 183
30. Ma, W.; Gopinathan, A.; Heeger, A. J. Adv. Mater. 2007, 19, 3656
31. Yang, X.; Loos, J.; Veenstra, S. C.; Verhees, W. J. H.; Wienk, M. M.; Kroon, J. M.; Michels, M. A. J.; Janssen, R. A. J. Nano Lett. 2005, 5, 579
32. Dante, M.; Peet, J.; Nguyen, T.-Q. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 7241
33. Mihailetchi, V. D.; Xie, H.; de Boer, B.; Popescu, L. M.; Hummelen, J. C.; Blom, P. W. M.; Koster, L. J. A. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 012107
34. Morana, M.; Wegscheider, M.; Bonanni, A.; Kopidakis, N.; Shaheen, S.; Scharber, M.; Zhu, Z.; Waller, D.; Gaudiana, R.; Brabec, C. Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 1757
35. Pivrikas, A.; Sariciftci, N. S.; Juska, G.; Osterbacka, R. Prog. Photovoltaics 2007, 15, 677
36. Xin, H.; Ren, G.; Kim, F. S.; Jenekhe, S. A. Chem. Mater. 2008, 20, 6199
37. Coakley, K. M.; McGehee, M. D. Chem. Mater. 2004, 16, 4533
38. Halls, J. J. M.; Pichler, K.; Friend, R. H.; Moratti, S. C.; Holmes, A. B. Appl. Phys. Lett. 1996, 68, 3120
39. Rispens, M. T.; Meetsma, A.; Rittberger, R.; Brabec, C. J.; Sariciftci, N. S.; Hummelen, J. C. Chem. Commun. 2003, 2116
40. Ma, W.; Yang, C.; Gong, X.; Lee, K.; Heeger, A. J. Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1617
41. Li, G.; Shrotriya, V.; Yao, Y.; Yang, Y. J. Appl. Phys. 2005, 98, 043704
42. Lee, J. K.; Ma, W. L.; Brabec, C. J.; Yuen, J.; Moon, J. S.; Kim, J. Y.; Lee, K.; Bazan, G. C.; Heeger, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 3619
43. Moliton, A.; Nunzi, J.-M. Polym. Int. 2006, 55, 583
44. Irwin, M. D.; Buchholz, D. B.; Hains, A. W.; Chang, R. P. H.; Marks, T. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 2783
45. Chen, L. M.; Xu, Z.; Hong, Z. R.; Yang, Y. J. Mater. Chem. 2010, 20, 2575
46. Steim, R.; Kogler, F. R.; Brabec, C. J. J. Mater. Chem. 2010, 20, 2499
47. Kemerink, M.; Timpanaro, S.; De Kok, M. M.; Meulenkamp, E. A.; Touwslager, F. J. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 18820
48. Kim, Y.-H.; Lee, S.-H.; Noh, J.; Han, S.-H. Thin Solid Films 2006, 510, 305
49. Ahlswede, E.; Hanisch, J.; Powalla, M. Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 163504
50. Kim, J. Y.; Kim, S. H.; Lee, H.-H.; Lee, K.; Ma, W.; Gong, X.; Heeger, A. J. Adv. Mater. 2006, 18, 572
51. Gilot, J.; Barbu, I.; Wienk, M. M.; Janssen, R. A. J. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 113520
52. White, M. S.; Olson, D. C.; Shaheen, S. E.; Kopidakis, N.; Ginley, D. S. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 143517
53. Ni, J.; Yan, H.; Wang, A.; Yang, Y.; Stern, C. L.; Metz, A. W.; Jin, S.; Wang, L.; Marks, T. J.; Ireland, J. R.; Kannewurf, C. R. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 5613
54. Huang, Q.; Evmenenko, G. A.; Dutta, P.; Lee, P.; Armstrong, N. R.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 10227
55. Yan, H.; Lee, P.; Armstrong, N. R.; Graham, A.; Evmenenko, G. A.; Dutta, P.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 3172
56. Hains, A. W.; Liu, J.; Martinson, A. B. F.; Irwin, M. D.; Marks, T. J. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 595
57. Shrotriya, V.; Li, G.; Yao, Y.; Chu, C.-W.; Yang, Y. Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 073508
58. Hancox, I.; Chauhan, K. V.; Sullivan, P.; Hatton, R. A.; Moshar, A.; Mulcahy, C. P. A.; Jones, T. S. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 107
59. Kim, D. Y.; Subbiah, J.; Sarasqueta, G.; So, F.; Ding, H. J.; Irfan; Gao, Y. L. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 093304
60. Hau, S. K.; Yip, H.-L.; Ma, H.; Jen, A. K. Y. Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 233304
61. Kim, J. S.; Park, J. H.; Lee, J. H.; Jo, J.; Kim, D.-Y.; Cho, K. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 112111
62. Hains, A. W.; Marks, T. J. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 023504
63. Hains, A. W.; Ramanan, C.; Irwin, M. D.; Liu, J.; Wasielewski, M. R.; Marks, T. J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2010, 2, 175
64. Chan, I. M.; Hsu, T.-Y.; Hong, F. C. Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 1899
65. Im, H. C.; Choo, D. C.; Kim, T. W.; Kim, J. H.; Seo, J. H.; Kim, Y. K. Thin Solid Films 2007, 515, 5099
66. Nakasa, A.; Adachi, M.; Usami, H.; Suzuki, E.; Taniguchi, Y. Thin Solid Films 2006, 498, 240
67. Hardee, K. L.; Bard, A. J. J. Electrochem. Soc. 1977, 124, 215
68. Lany, S.; Osorio-Guillen, J.; Zunger, A. Phys. Rev. B 2007, 75, 241203/1
69. Nakaoka, K.; Ueyama, J.; Ogura, K. J. Electroanal. Chem. 2004, 571, 93
70. Ohta, H.; Kamiya, M.; Kamiya, T.; Hirano, M.; Hosono, H. Thin Solid Films 2003, 445, 317
71. Chan, I. M.; Hsu, T. Y.; Hong, F. C. Appl. Phys. Lett. 2002, 81, 1899
72. Wang, Z. Y.; Lee, S. H.; Kim, D. H.; Kim, J. H.; Park, J. G. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2010, 94, 1591
73. Steirer, K. X.; Chesin, J. P.; Widjonarko, N. E.; Berry, J. J.; Miedaner, A.; Ginley, D. S.; Olson, D. C. Org. Electron. 2010, 11, 1414
74. Betancur, R.; Maymó, M.; Elias, X.; Vuong, L. T.; Martorell, J. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2011, 95, 735
75. Sun, N.; Fang, G.; Qin, P.; Zheng, Q.; Wang, M.; Fan, X.; Cheng, F.; Wan, J.; Zhao, X. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2010, 94, 2328
76. Sun, N. H.; Fang, G. J.; Qin, P. L.; Zheng, Q. A.; Wang, M. J.; Fan, X.; Cheng, F.; Wan, J. W.; Zhao, X. Z.; Liu, J. W.; Carroll, D. L.; Ye, J. M. J. Phys. D: Appl. Phys. 2010, 43
77. Leever, B. J.; Durstock, M. F.; Irwin, M. D.; Hains, A. W.; Marks, T. J.; Pingree, L. S. C.; Hersam, M. C. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 013302
78. Becker, R. S.; Golovchenko, J. A.; Patel, J. R. Phys. Rev. Lett. 1983, 50, 153
79. Dosch, H.; Batterman, B. W.; Wack, D. C. Phys. Rev. Lett. 1986, 56, 1144
80. Jansen, H. J. F.; Freeman, A. J. Phys. Rev. B 1984, 30, 561
81. Wimmer, E.; Krakauer, H.; Weinert, M.; Freeman, A. J. Phys. Rev. B 1981, 24, 864
82. Hedin, L.; Lundqvist, B. I. J. Phys. C: Solid State Phys. 1971, 4, 2064
83. Shick, A. B.; Liechtenstein, A. I.; Pickett, W. E. Phys. Rev. B 1999, 60, 10763
84. Steim, R.; Choulis, S. A.; Schilinsky, P.; Lemmer, U.; Brabec, C. J. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 043304
85. Irwin, M. D.; Liu, J.; Leever, B. J.; Servaites, J. D.; Hersam, M. C.; Durstock, M. F.; Marks, T. J. Langmuir 2010, 26, 2584
86. Kim, J. S.; Lagel, B.; Moons, E.; Johansson, N.; Baikie, I. D.; Salaneck, W. R.; Friend, R. H.; Cacialli, F. Synth. Met. 2000, 111-112, 311
87. Milliron, D. J.; Hill, I. G.; Shen, C.; Kahn, A.; Schwartz, J. J. Appl. Phys. 2000, 87, 572
88. Olivier, J.; Servet, B.; Vergnolle, M.; Mosca, M.; Garry, G. Synth. Met. 2001, 122, 87
89. Wei, B.; Yamamoto, S.; Ichikawa, M.; Li, C.; Fukuda, T.; Taniguchi, Y. Semicond. Sci. Technol. 2007, 22, 788
90. Huefner, S. Adv. Phys. 1994, 43, 183
91. Huefner, S.; Steiner, P.; Sander, I.; Reinert, F.; Schmitt, H.; Neumann, M.; Witzel, S. Solid State Commun. 1991, 80, 869
92. Patil, P. S.; Kadam, L. D. Appl. Surf. Sci. 2002, 199, 211
93. Baca, A. G. Character. Mater. 2003, 1, 466
94. Benegone, O.; Alouani, M.; Blochl, P.; Hungel, J. Los Alamos Natl. Lab., Prepr. Arch., Condens. Matter 2000, 1
95. Zhang, W.-B.; Tang, B.-Y. J. Chem. Phys. 2008, 128, 124703
96. Ambrosch-Draxl, C.; Sofo, J. O. Comput. Phys. Commun. 2006, 175, 1
97. Gordon, R. G. MRS Bull. 2000, 25, 52
98. Minami, T. Thin Solid Films 2008, 516, 1314
99. Choi, S. C.; Koumoto, K.; Yanagida, H. J. Mater. Sci. 1986, 21, 1947
100. DiBenedetto, S. A.; Frattarelli, D.; Ratner, M. A.; Facchetti, A.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7528
101. Hayakawa, R.; Petit, M.; Chikyow, T.; Wakayama, Y. Appl. Phys. Lett. 2008, 93, 153301
102. Singh, T. B.; Koeppe, R.; Sariciftci, N. S.; Morana, M.; Brabec, C. J. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 789
103. Zhang, X.-H.; Kippelen, B. J. Appl. Phys. 2008, 104, 104504
104. Huang, Q.; Evmenenko, G.; Dutta, P.; Marks, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 14704
105. McKay, J. M.; Henrich, V. E. Phys. Rev. B 1985, 32, 6764
106. Pizzini, S.; Morlotti, R. J. Electrochem. Soc. 1967, 114, 1179
107. Tate, J.; Jayaraj, M. K.; Draeseke, A. D.; Ulbrich, T.; Sleight, A. W.; Vanaja, K. A.; Nagarajan, R.; Wager, J. F.; Hoffman, R. L. Thin Solid Films 2002, 411, 119
108. Bisquert, J.; Garcia-Belmonte, G.; Munar, A.; Sessolo, M.; Soriano, A.; Bolink, H. J. Chem. Phys. Lett. 2008, 465, 57
109. Hao, X. T.; Hosokai, T.; Mitsuo, N.; Kera, S.; Mase, K.; Okudaira, K. K.; Ueno, N. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 182113
110. Xu, Z.; Chen, L.-M.; Chen, M.-H.; Li, G.; Yang, Y. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 013301
111. Offermans, T.; Meskers, S. C. J.; Janssen, R. A. J. Proc. SPIE 2005, 5938, 593812
112. Blom, P. W. M.; Mihailetchi, V. D.; Koster, L. J. A.; Markov, D. E. Adv. Mater. 2007, 19, 1551
113. Kroger, M.; Hamwi, S.; Meyer, J.; Riedl, T.; Kowalsky, W.; Kahn, A. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 123301
114. Scharber, M. C.; Wuhlbacher, D.; Koppe, M.; Denk, P.; Waldauf, C.; Heeger, A. J.; Brabec, C. L. Adv. Mater. 2006, 18, 789