Organic solar cells: A new look at traditional models

Energy and Environmental Science

Volumn 4, Issue 11, 2011, Pages 4410-4422

  Servaites, Jonathan D ^a,b   Ratner, Mark A ^a,b   Marks, Tobin J ^a,b  

^a Northwestern University   (United States)

^b NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ACTIVE LAYER; BIMOLECULAR RECOMBINATION; BULK HETEROJUNCTION; CELL BEHAVIORS; CELL VOLTAGES; EXCITON-BINDING ENERGY; FIELD STRENGTHS; FREE CHARGE CARRIERS; HIGH EFFICIENCY; INORGANIC SOLAR CELLS; INTERFACIAL LAYER; INTERNAL RESISTANCE; KEYPOINTS; LOSS MECHANISMS; ORGANIC PHOTOVOLTAICS; ORGANIC SEMICONDUCTOR; ORGANIC SOLAR CELL; PHOTOGENERATED CHARGE CARRIERS; PHOTON TRANSMISSION; RESISTANCE LOSS; TRANSPARENT ELECTRODE MATERIALS;

ANODES; BINDING ENERGY; CATHODES; CHARGE CARRIERS; HETEROJUNCTIONS; NANOSTRUCTURED MATERIALS; SOLAR CELLS;

SOLAR ENERGY;

ELECTRODE; ELECTRON; MOBILITY; MOLECULAR ANALYSIS; NUMERICAL MODEL; PHOTOVOLTAIC SYSTEM; SENSITIVITY ANALYSIS; SOLAR SYSTEM;

EID: 80055062481     PISSN: 17545692     EISSN: 17545706     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c1ee01663f     Document Type: Review

References (129)

1. C. W. Tang Appl. Phys. Lett. 1986 48 183 185
2. W. L. Ma C. Y. Yang X. Gong K. Lee A. J. Heeger Adv. Funct. Mater. 2005 15 1617 1622
3. M. C. Scharber D. Wuhlbacher M. Koppe P. Denk C. Waldauf A. J. Heeger C. L. Brabec Adv. Mater. 2006 18 789 794
4. C. J. Brabec N. S. Sariciftci J. C. Hummelen Adv. Funct. Mater. 2001 11 15 26
5. C. J. Brabec Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2004 83 273 292
6. K. M. Coakley M. D. McGehee Chem. Mater. 2004 16 4533 4542
7. B. C. Thompson J. M. J. Frechet Angew. Chem., Int. Ed. 2008 47 58 77
8. B. Kippelen J. L. Bredas Energy Environ. Sci. 2009 2 251 261
9. S. E. Gledhill B. Scott B. A. Gregg J. Mater. Res. 2005 20 3167 3179
10. S. H. Park A. Roy S. Beaupre S. Cho N. Coates J. S. Moon D. Moses M. Leclerc K. Lee A. J. Heeger Nat. Photonics 2009 3 297 303
11. J. Y. Kim S. H. Kim H. H. Lee K. Lee W. L. Ma X. Gong A. J. Heeger Adv. Mater. 2006 18 572 576
12. G. Yu J. Gao J. C. Hummelen F. Wudl A. J. Heeger Science 1995 270 1789 1791
13. C. Waldauf M. C. Scharber P. Schilinsky J. A. Hauch C. J. Brabec J. Appl. Phys. 2006 99 104503
14. S. E. Shaheen C. J. Brabec N. S. Sariciftci F. Padinger T. Fromherz J. C. Hummelen Appl. Phys. Lett. 2001 78 841 843
15. J. G. Xue S. Uchida B. P. Rand S. R. Forrest Appl. Phys. Lett. 2004 84 3013 3015
16. P. Peumans A. Yakimov S. R. Forrest J. Appl. Phys. 2003 93 3693 3723
17. P. Peumans S. R. Forrest Appl. Phys. Lett. 2001 79 126 128
18. W. Z. Cai X. Gong Y. Cao Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2010 94 114 127
19. T. Ameri G. Dennler C. Lungenschmied C. J. Brabec Energy Environ. Sci. 2009 2 347 363
20. J. Y. Kim K. Lee N. E. Coates D. Moses T. Q. Nguyen M. Dante A. J. Heeger Science 2007 317 222 225
21. Y. Y. Liang D. Q. Feng Y. Wu S. T. Tsai G. Li C. Ray L. P. Yu J. Am. Chem. Soc. 2009 131 7792 7799
22. Y. Y. Liang Z. Xu J. B. Xia S. T. Tsai Y. Wu G. Li C. Ray L. P. Yu Adv. Mater. 2010 22 E135 E138
23. M. A. Green K. Emery Y. Hishikawa W. Warta Prog. Photovoltaics 2011 19 84 92
24. R. F. Service Science 2011 332 293
25. R. W. Birkmire E. Eser Annu. Rev. Mater. Sci. 1997 27 625 653
26. G. Dennler M. C. Scharber C. J. Brabec Adv. Mater. 2009 21 1323 1338
27. W. Shockley H. J. Queisser J. Appl. Phys. 1961 32 510 519
28. C. T. Sah R. N. Noyce W. Shockley Proc. IRE 1957 45 1228 1243
29. W. Shockley W. T. Read Phys. Rev. 1952 87 835 842
30. W. Shockley AT&T Tech. J. 1949 28 435 489
31. R. N. Hall Phys. Rev. 1952 87 387 387
32. S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, Wiley-Interscience, New York, NY, USA, 1981
33. M. A. Green, Solar Cells: Operating Principles, Technology, and System Applications, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, NJ, USA, 1982
34. A. L. Fahrenbruch and R. H. Bube, Fundamentals of Solar Cells, Academic Press, New York, NY, USA, 1983
35. M. Helgesen R. Sondergaard F. C. Krebs J. Mater. Chem. 2010 20 36 60
36. J. J. M. Halls J. Cornil D. A. dos Santos R. Silbey D. H. Hwang A. B. Holmes J. L. Bredas R. H. Friend Phys. Rev. B: Condens. Matter 1999 60 5721 5727
37. S. Barth H. Bassler Phys. Rev. Lett. 1997 79 4445 4448
38. K. Hummer C. Ambrosch-Draxl Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2005 71 081202
39. D. Veldman S. C. J. Meskers R. A. J. Janssen Adv. Funct. Mater. 2009 19 1939 1948
40. V. D. Mihailetchi H. Xie B. de Boer L. J. A. Koster P. W. M. Blom Adv. Funct. Mater. 2006 16 699 708
41. H. Ohkita S. Cook Y. Astuti W. Duffy S. Tierney W. Zhang M. Heeney I. McCulloch J. Nelson D. D. C. Bradley J. R. Durrant J. Am. Chem. Soc. 2008 130 3030 3042
42. T. M. Clarke J. R. Durrant Chem. Rev. 2010 110 6736 6767
43. L. J. A. Koster V. D. Mihailetchi P. W. M. Blom Appl. Phys. Lett. 2006 88 093511
44. R. D. Pensack J. B. Asbury J. Phys. Chem. Lett. 2010 1 2255 2263
45. J. L. Brédas J. E. Norton J. Cornil V. Coropceanu Acc. Chem. Res. 2009 42 1691 1699
46. X. Y. Zhu Q. Yang M. Muntwiler Acc. Chem. Res. 2009 42 1779 1787
47. J. J. M. Halls K. Pichler R. H. Friend S. C. Moratti A. B. Holmes Appl. Phys. Lett. 1996 68 3120 3122
48. G. Li V. Shrotriya J. S. Huang Y. Yao T. Moriarty K. Emery Y. Yang Nat. Mater. 2005 4 864 868
49. S. Shoaee M. P. Eng E. Espildora J. L. Delgado B. Campo N. Martin D. Vanderzande J. R. Durrant Energy Environ. Sci. 2010 3 971 976
50. C. R. McNeill S. Westenhoff C. Groves R. H. Friend N. C. Greenham J. Phys. Chem. C 2007 111 19153 19160
51. 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 5 579 583
52. Y. Kim S. Cook S. M. Tuladhar S. A. Choulis J. Nelson J. R. Durrant D. D. C. Bradley M. Giles I. McCulloch C. S. Ha M. Ree Nat. Mater. 2006 5 197 203
53. N. Tessler Y. Preezant N. Rappaport Y. Roichman Adv. Mater. 2009 21 2741 2761
54. A. J. Heeger Chem. Soc. Rev. 2010 39 2354 2371
55. N. C. Cates R. Gysel Z. Beiley C. E. Miller M. F. Toney M. Heeney I. McCulloch M. D. McGehee Nano Lett. 2009 9 4153 4157
56. P. Schilinsky C. Waldauf J. Hauch C. J. Brabec J. Appl. Phys. 2004 95 2816 2819
57. M. D. Perez C. Borek S. R. Forrest M. E. Thompson J. Am. Chem. Soc. 2009 131 9281 9286
58. J. D. Servaites S. Yeganeh T. J. Marks M. A. Ratner Adv. Funct. Mater. 2010 20 97 104
59. W. J. Potscavage S. Yoo B. Kippelen Appl. Phys. Lett. 2008 93 193308
60. N. C. Giebink G. P. Wiederrecht M. R. Wasielewski S. R. Forrest Phys. Rev. B 2010 82
61. L. J. A. Koster E. C. P. Smits V. D. Mihailetchi P. W. M. Blom Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2005 72 9
62. R. A. Marsh C. Groves N. C. Greenham J. Appl. Phys. 2007 101 083509
63. J. Cuiffi T. Benanti W. J. Nam S. Fonash Appl. Phys. Lett. 2010 96 143307
64. C. G. Shuttle R. Hamilton B. C. O'Regan J. Nelson J. R. Durrant Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 16448 16452
65. J. Nelson, The Physics of Solar Cells, Imperial College Press, London, England, 2003
66. T. M. Clarke A. M. Ballantyne J. Nelson D. D. C. Bradley J. R. Durrant Adv. Funct. Mater. 2008 18 4029 4035
67. R. A. Street S. Cowan A. J. Heeger Phys. Rev. B 2010 82
68. J. M. Hodgkiss A. R. Campbell R. A. Marsh A. Rao S. Albert-Seifried R. H. Friend Phys. Rev. Lett. 2010 104
69. I. A. Howard J. M. Hodgkiss X. P. Zhang K. R. Kirov H. A. Bronstein C. K. Williams R. H. Friend S. Westenhoff N. C. Greenham J. Am. Chem. Soc. 2010 132 328 335
70. M. Hilczer M. Tachiya J. Phys. Chem. C 2010 114 6808 6813
71. C. Deibel Phys. Status Solidi A 2009 206 2731 2736
72. C. Deibel A. Wagenpfahl V. Dyakonov Phys. Status Solidi RRL 2008 2 175 177
73. R. A. Marsh J. M. Hodgkiss R. H. Friend Adv. Mater. 2010 22 3672 3676
74. T. Offermans S. C. J. Meskers R. A. J. Janssen Proc. SPIE-Int. Soc. Opt. Eng. 2005 5938 593812
75. V. D. Mihailetchi H. X. Xie B. de Boer L. J. A. Koster P. W. M. Blom Adv. Funct. Mater. 2006 16 699 708
76. L. J. A. Koster V. D. Mihailetchi P. W. M. Blom Appl. Phys. Lett. 2006 88 052104
77. V. D. Mihailetchi L. J. A. Koster J. C. Hummelen P. W. M. Blom Phys. Rev. Lett. 2004 93
78. P. W. M. Blom V. D. Mihailetchi L. J. A. Koster D. E. Markov Adv. Mater. 2007 19 1551 1566
79. D. Veldman O. Ipek S. C. J. Meskers J. Sweelssen M. M. Koetse S. C. Veenstra J. M. Kroon S. S. van Bavel J. Loos R. A. J. Janssen J. Am. Chem. Soc. 2008 130 7721 7735
80. J. D. Servaites, B. M. Savoie, J. Brink, T. J. Marks and M. A. Ratner, (in preparation)
81. S. Dongaonkar J. D. Servaites G. M. Ford S. Loser J. Moore R. M. Gelfand H. Mohseni H. W. Hillhouse R. Agrawal M. A. Ratner T. J. Marks M. S. Lundstrom M. A. Alam J. Appl. Phys. 2010 108 124509 124510
82. P. Peumans S. R. Forrest Chem. Phys. Lett. 2004 398 27 31
83. A. B. Tamayo X. D. Dang B. Walker J. Seo T. Kent T. Q. Nguyen Appl. Phys. Lett. 2009 94 103301
84. X. Gong M. Tong F. G. Brunetti J. Seo Y. Sun D. Moses F. Wudl A. J. Heeger Adv. Mater. 2011 23 2272 2277
85. T. M. Clarke F. C. Jamieson J. R. Durrant J. Phys. Chem. C 2009 113 20934 20941
86. W.-I. Jeong J. Lee S.-Y. Park J.-W. Kang J.-J. Kim Adv. Funct. Mater. 2011 21 343 347
87. J. Hou H.-Y. Chen S. Zhang R. I. Chen Y. Yang Y. Wu G. Li J. Am. Chem. Soc. 2009 131 15586 15587
88. M. L. Zhang H. Wang C. W. Tang Appl. Phys. Lett. 2010 97 143503
89. T. M. Clarke A. M. Ballantyne S. Tierney M. Heeney W. Duffy I. McCulloch J. Nelson J. R. Durrant J. Phys. Chem. C 2010 110 6736 6767
90. S. Shoaee T. M. Clarke C. Huang S. Barlow S. R. Marder M. Heeney I. McCulloch J. R. Durrant J. Am. Chem. Soc. 2010 132 12919 12926
91. F. Yang M. Shtein S. R. Forrest Nat. Mater. 2004 4 37 41
92. J. D. Servaites M. A. Ratner T. J. Marks Appl. Phys. Lett. 2009 95 163302
93. B. P. Rand D. P. Burk S. R. Forrest Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2007 75 115327
94. V. I. Arkhipov E. V. Emelianova H. Bässler Phys. Rev. Lett. 1999 82 1321
95. G. Li V. Shrotriya J. Huang Y. Yao T. Moriarty K. Emery Y. Yang Nat. Mater. 2005 4 864 868
96. R. Kroon M. Lenes J. C. Hummelen P. W. M. Blom B. De Boer Polym. Rev. 2008 48 531 582
97. H. Y. Chen J. H. Hou S. Q. Zhang Y. Y. Liang G. W. Yang Y. Yang L. P. Yu Y. Wu G. Li Nat. Photonics 2009 3 649 653
98. V. I. Arkhipov U. Wolf H. Bässler Phys. Rev. B: Condens. Matter 1999 59 7514
99. H. Ma H. L. Yip F. Huang A. K. Y. Jen Adv. Funct. Mater. 2010 20 1371 1388
100. R. Steim F. R. Kogler C. J. Brabec J. Mater. Chem. 2010 20 2499 2512
101. L. M. Chen Z. Xu Z. R. Hong Y. Yang J. Mater. Chem. 2010 20 2575 2598
102. M. S. White D. C. Olson S. E. Shaheen N. Kopidakis D. S. Ginley Appl. Phys. Lett. 2006 89 143517 143513
103. F. S. Wen W. L. Li Z. Liu H. Z. Wei Mater. Chem. Phys. 2006 95 94 98
104. A. W. Hains T. J. Marks Appl. Phys. Lett. 2008 92 023504
105. M. D. Irwin B. Buchholz A. W. Hains R. P. H. Chang T. J. Marks Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 2783 2787
106. V. Shrotriya G. Li Y. Yao C.-W. Chu Y. Yang Appl. Phys. Lett. 2006 88 073508
107. M. Kroger S. Hamwi J. Meyer T. Riedl W. Kowalsky A. Kahn Org. Electron. 2009 10 932 938
108. M. Kroger S. Hamwi J. Meyer T. Riedl W. Kowalsky A. Kahn Appl. Phys. Lett. 2009 95 123301
109. N. Li B. E. Lassiter R. R. Lunt G. Wei S. R. Forrest Appl. Phys. Lett. 2009 94 023307 023303
110. I. Hancox K. V. Chauhan P. Sullivan R. A. Hatton A. Moshar C. P. A. Mulcahy T. S. Jones Energy Environ. Sci. 2010 3 107 110
111. Irfan H. J. Ding Y. L. Gao D. Y. Kim J. Subbiah F. So Appl. Phys. Lett. 2010 96 073304
112. J. Meyer A. Shu M. Kroger A. Kahn Appl. Phys. Lett. 2010 96 133308
113. A. W. Hains C. Ramanan M. D. Irwin J. Liu M. R. Wasielewski T. J. Marks ACS Appl. Mater. Interfaces 2010 2 175 185
114. A. W. Hains J. Liu A. B. F. Martinson M. D. Irwin T. J. Marks Adv. Funct. Mater. 2010 20 595 606
115. M. D. Irwin J. Liu B. J. Leever J. D. Servaites M. C. Hersam M. F. Durstock T. J. Marks Langmuir 2010 26 2584 2591
116. P. Peumans V. Bulovic S. R. Forrest Appl. Phys. Lett. 2000 76 2650 2652
117. D. Y. Kim J. Subbiah G. Sarasqueta F. So H. J. Ding Irfan Y. L. Gao Appl. Phys. Lett. 2009 95 093304
118. L. S. C. Pingree B. A. MacLeod D. S. Ginger J. Phys. Chem. C 2008 112 7922 7927
119. K. X. Steirer J. P. Chesin N. E. Widjonarko J. J. Berry A. Miedaner D. S. Ginley D. C. Olson Org. Electron. 2010 11 1414 1418
120. A. W. Hains T. J. Marks Appl. Phys. Lett. 2008 92 023504
121. R. Betancur M. Maymó X. Elias L. T. Vuong J. Martorell Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2011 95 735 739
122. S.-Y. Park H.-R. Kim Y.-J. Kang D.-H. Kim J.-W. Kang Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2010 94 2332 2336
123. G. G. Malliaras J. C. Scott J. Appl. Phys. 1999 85 7426 7432
124. M. A. Green Solid-State Electron. 1981 24 788 789
125. B. A. Gregg S. G. Chen R. A. Cormier Chem. Mater. 2004 16 4586 4599
126. B. A. Gregg MRS Bull. 2005 30 20 22
127. M. Glatthaar N. Mingirulli B. Zimmermann T. Ziegler R. Kern M. Niggemann A. Hinsch A. Gombert Phys. Status Solidi A 2005 202 R125 R127
128. D. Gupta M. Bag K. S. Narayan Appl. Phys. Lett. 2008 93 163301
129. K. H. Lee P. E. Schwenn A. R. G. Smith H. Cavaye P. E. Shaw M. James K. B. Krueger I. R. Gentle P. Meredith P. L. Burn Adv. Mater. 2011 23 766 770