Modeling the effects of molecular length scale electrode heterogeneity in organic solar cells

Journal of Physical Chemistry C

Volumn 115, Issue 51, 2011, Pages 25496-25507

  Zacher, Brian ^a   Armstrong, Neal R ^a  

^a University of Arizona   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ACTIVE LAYER; CHARGE COLLECTION EFFICIENCY; CHARGE HOPPING; CHARGE-TRANSFER REACTIONS; DENSITY PROFILE; DEVICE PERFORMANCE; DISORDERED LATTICES; DONOR-ACCEPTORS; EFFECTIVE ACTIVATION ENERGY; ELECTRODE SITES; HETEROGENEOUS ELECTRODES; KINETIC MONTE CARLO SIMULATION; LENGTH SCALE; MARCUS THEORY; MATERIAL INTERFACES; MOLECULAR LENGTH; MOLECULAR SITES; NANOMETER LENGTH SCALE; ORGANIC SOLAR CELL; PHOTOGENERATED CHARGE CARRIERS;

ACTIVATION ENERGY; CHARGE TRANSFER; COMPUTER SIMULATION; HETEROJUNCTIONS; INTERFACES (MATERIALS); MONTE CARLO METHODS; NANOSTRUCTURED MATERIALS; SOLAR CELLS;

SOLAR ENERGY;

EID: 84255191109     PISSN: 19327447     EISSN: 19327455     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp207471f     Document Type: Article

References (86)

1. Brabec, C. J.; Gowrisanker, S.; Halls, J. J. M.; Laird, D.; Jia, S. J.; Williams, S. P. Adv. Mater. 2010, 22, 3839-3856
2. Dennler, G.; Scharber, M. C.; Ameri, T.; Denk, P.; Forberich, K.; Waldauf, C.; Brabec, C. J. Adv. Mater. 2008, 20, 579-583
3. Dennler, G.; Scharber, M. C.; Brabec, C. J. Adv. Mater. 2009, 21, 1323-1338
4. Gong, X.; Tong, M. H.; Brunetti, F. G.; Seo, J.; Sun, Y. M.; Moses, D.; Wudl, F.; Heeger, A. J. Adv. Mater. 2011, 23, 2272-+
5. Hoth, C. N.; Schilinsky, P.; Choulis, S. A.; Brabec, C. J. Nano Lett. 2008, 8, 2806-2813
6. Park, S. H.; Roy, A.; Beaupre, S.; Cho, S.; Coates, N.; Moon, J. S.; Moses, D.; Leclerc, M.; Lee, K.; Heeger, A. J. Nature Photonics 2009, 3, 297-U295
7. Riede, M.; Mueller, T.; Tress, W.; Schueppel, R.; Leo, K. Nanotechnology 2008, 19, 1-12
8. Steim, R.; Choulis, S. A.; Schilinsky, P.; Lemmer, U.; Brabec, C. J. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 043304
9. Steim, R.; Kogler, F. R.; Brabec, C. J. J. Mater. Chem. 2010, 20, 2499-2512
10. Steirer, K. X.; Chesin, J. P.; Widjonarko, N. E.; Berry, J. J.; Miedaner, A.; Ginley, D. S.; Olson, D. C. Org. Electron. 2010, 11, 1414-1418
11. Timmreck, R.; Olthof, S.; Leo, K.; Riede, M. K. J. Appl. Phys. 2010, 108, 033108
12. Tress, W.; Leo, K.; Riede, M. Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 2140-2149
13. Tress, W.; Petrich, A.; Hummert, M.; Hein, M.; Leo, K.; Riede, M. Appl. Phys. Lett. 2011, 98
14. Armstrong, N. R.; Veneman, P. A.; Ratcliff, E.; Placencia, D.; Brumbach, M. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1748-1757
15. Boix, P. P.; Ajuria, J.; Etxebarria, I.; Pacios, R.; Garcia-Belmonte, G.; Bisquert, J. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 407-411
16. Irwin, M. D.; Buchholz, B.; Hains, A. W.; Chang, R. P. H.; Marks, T. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008, 105, 2783-2787
17. Ratcliff, E. L.; Lee, P. A.; Armstrong, N. R. J. Mater. Chem. 2010, 20, 2672-2679
18. Ratcliff, E. L.; Zacher, B.; Armstrong, N. R. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 1337-1350
19. Steirer, K. X.; Ndione, P. F.; Widjonarko, N. E.; Lloyd, M. T.; Meyer, J.; Ratcliff, E. L.; Kahn, A.; Armstrong, N. R.; Curtis, C. J.; Ginley, D. S.; Berry, J. J.; Olson, D. C. Adv. Energy Mater. 2011, 1, 813-820
20. Leever, B. J.; Murray, I. P.; Durstock, M. F.; Marks, T. J.; Hersam, M. C. J. Phys. Chem. C 2011, in press.
21. Jaegermann, W.; Klein, A.; Mayer, T. Adv. Mater. 2009, 21, 4196-4206
22. Panchal, C. J.; Desai, M. S.; Kheraj, V. A.; Patel, K. J.; Padha, N. Semicond. Sci. Technol. 2008, 23, 6
23. Shah, J. M.; Li, Y. L.; Gessmann, T.; Schubert, E. F. J. Appl. Phys. 2003, 94, 2627-2630
24. Sullivan, J. P.; Tung, R. T.; Pinto, M. R.; Graham, W. R. J. Appl. Phys. 1991, 70, 7403-7424
25. van der Heide, A. S. H.; Schonecker, A.; Bultman, J. H.; Sinke, W. C. Prog. Photovoltaics 2005, 13, 3-16
26. Hains, A. W.; Liu, J.; Martinson, A. B. F.; Irwin, M. D.; Marks, T. J. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 595-606
27. Irwin, M. D.; Servaites, J. D.; Buchholz, D. B.; Leever, B. J.; Liu, J.; Emery, J. D.; Zhang, M.; Song, J. H.; Durstock, M. F.; Freeman, A. J.; Bedzyk, M. J.; Hersam, M. C.; Chang, R. P. H.; Ratner, M. A.; Marks, T. J. Chem. Mater. 2011, 23, 2218-2226
28. Fong, H. H.; Papadimitratos, A.; Hwang, J.; Kahn, A.; Malliaras, G. G. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 304-310
29. Kroger, M.; Hamwi, S.; Meyer, J.; Riedl, T.; Kowalsky, W.; Kahn, A. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 3
30. Meyer, J.; Kroger, M.; Hamwi, S.; Gnam, F.; Riedl, T.; Kowalsky, W.; Kahn, A. Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 3
31. Sharma, A.; Haldi, A.; Potscavage, W. J.; Hotchkiss, P. J.; Marder, S. R.; Kippelen, B. J. Mater. Chem. 2009, 19, 5298-5302
32. Wagenpfahl, A.; Deibel, C.; Dyakonov, V. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2010, 16, 1759-1763
33. Rauh, D. R. D.; Wagenpfahl, A.; Deibel, C.; Dyakonov, V. Appl. Phys. Lett. 2011, 98
34. Schafer, S.; Petersen, A.; Wagner, T. A.; Kniprath, R.; Lingenfelser, D.; Zen, A.; Kirchartz, T.; Zimmermann, B.; Wurfel, U.; Feng, X. J.; Mayer, T. Phys. Rev. B 2011, 83
35. Wagenpfahl, A.; Rauh, D.; Binder, M.; Deibel, C.; Dyakonov, V. Phys. Rev. B 2010, 82
36. Choi, S.; Potscavage, J.; William, J.; Kippelen, B. J. Appl. Phys. 2009, 106, 054507
37. Marrikar, F. S.; Brumbach, M.; Evans, D. H.; Lebron-Paler, A.; Pemberton, J. E.; Wysocki, R. J.; Armstrong, N. R. Langmuir 2007, 23, 1530-1542
38. Brumbach, M.; Veneman, P. A.; Marrikar, F. S.; Schulmeyer, T.; Simmonds, A.; Xia, W.; Lee, P.; Armstrong, N. R. Langmuir 2007, 23, 11089-11099
39. Gaynor, W.; Lee, J. Y.; Peumans, P. ACS Nano 2010, 4, 30-34
40. Hu, L. B.; Kim, H. S.; Lee, J. Y.; Peumans, P.; Cui, Y. ACS Nano 2010, 4, 2955-2963
41. Kang, M.-G.; Kim, M.-S.; Kim, J.; Guo, L. J. Adv. Mater. 2008, 20, 4408-4413
42. Lee, J.-Y.; Connor, S. T.; Cui, Y.; Peumans, P. Nano Lett. 2008, 8, 689-692
43. Hu, L.; Wu, H.; Cui, Y. MRS Bull. 2011, 36, 760-765
44. Rost, J. W. a. H. MRS Bull. 2011, 36, 789-793
45. Pingree, L. S. C.; MacLeod, B. A.; Ginger, D. S. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 7922-7927
46. Dongaonkar, S.; Servaites, J. D.; Ford, G. M.; Loser, S.; Moore, J.; Gelfand, R. M.; Mohseni, H.; Hillhouse, H. W.; Agrawal, R.; Ratner, M. A.; Marks, T. J.; Lundstrom, M. S.; Alam, M. A. J. Appl. Phys. 2010, 108
47. Giebink, N. C.; Wiederrecht, G. P.; Wasielewski, M. R.; Forrest, S. R. Phys. Rev. B 2010, 82
48. Koster, L. J. A.; Mihailetchi, V. D.; Blom, P. W. M. Appl. Phys. Lett. 2006, 88
49. Wang, J. C.; Ren, X. C.; Shi, S. Q.; Leung, C. W.; Chan, P. K. L. Org. Electron. 2011, 12, 880-885
50. Gregg, B. A.; Hanna, M. C. J. Appl. Phys. 2003, 93, 3605-3614
51. Barker, J. A.; Ramsdale, C. M.; Greenham, N. C. Phys. Rev. B 2003, 67, 075205
52. Cheyns, D.; Poortmans, J.; Heremans, P.; Deibel, C.; Verlaak, S.; Rand, B. P.; Genoe, J. Phys. Rev. B 2008, 77, 165332
53. Yang, F.; Forrest, S. R. ACS Nano 2008, 2, 1022-1032
54. Bässler, H. Phys. Status Solidi B 1993, 175, 15-56
55. Miller, A.; Abrahams, E. Phys. Rev. 1960, 120, 745-755
56. Blom, P. W. M.; Mihailetchi, V. D.; Koster, L. J. A.; Markov, D. E. Adv. Mater. 2007, 19, 1551-1566
57. Limpinsel, M.; Wagenpfahl, A.; Mingebach, M.; Deibel, C.; Dyakonov, V. Phys. Rev. B 2010, 81
58. Mandoc, M. M.; Koster, L. J. A.; Blom, P. W. M. Appl. Phys. Lett. 2007, 90
59. Moliton, A.; Nunzi, J.-M. Polym. Int. 2006, 55, 583-600
60. Kotlarski, J. D.; Blom, P. W. M. Appl. Phys. Lett. 2011, 98, 053301
61. Braun, C. L. J. Chem. Phys. 1984, 80, 4157-4161
62. Onsager, L. Phys. Rev. 1938, 54, 554
63. Green, M. A. Solar Cells: Operating Principles, Technology, and System Applications; The University of New South Wales: Kensington, NSW, 1998.
64. Marsh, R. A.; Groves, C.; Greenham, N. C. J. Appl. Phys. 2007, 101, 083509
65. Wurfel, P. Physics of Solar Cells; Wiley-VCH: Weinheim, 2005.
66. Marcus, R. J. Chem. Phys. 1956, 24, 966
67. Marcus, R. A. Annu. Rev. Phys. Chem. 1964, 15, 155-196
68. Olivier, Y.; Lemaur, V.; Brédas, J. L.; Cornil, J. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 6356-6364
69. Pengmanayol, S. Chin. Phys. Lett. 2011, 28, 086103
70. Pope, M.; Swenberg, C. E. Electronic Processes in Organic Crystals and Polymers; Oxford University Press: Oxford, 1999.
71. De, S.; Pascher, T.; Maiti, M.; Jespersen, K. G.; Kesti, T.; Zhang, F.; Inganäs, O.; Yartsev, A.; Sundström, V. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8466-8472
72. Veldman, D.; i̇pek, O. z.; Meskers, S. C. J.; Sweelssen, J. r.; 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, 7721-7735
73. Ginger, D. S.; Greenham, N. C. Phys. Rev. B 1999, 59, 10622
74. Lee, C. H.; Yu, G.; Moses, D.; Pakbaz, K.; Zhang, C.; Sariciftci, N. S.; Heeger, A. J.; Wudl, F. Phys. Rev. B 1993, 48, 15425
75. Russell, D. M.; Arias, A. C.; Friend, R. H.; Silva, C.; Ego, C.; Grimsdale, A. C.; Müllen, K. J. Appl. Phys. 2002, 80, 2204-2206
76. Mihailetchi, V. D.; Koster, L. J. A.; Hummelen, J. C.; Blom, P. W. M. Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 216601
77. Peumans, P.; Forrest, S. R. Chem. Phys. Lett. 2004, 398, 27-31
78. Gunes, S.; Neugebauer, H.; Sariciftci, N. S. Chem. Rev. 2007, 107, 1324-1338
79. Placencia, D.; Wang, W. N.; Shallcross, R. C.; Nebesny, K. W.; Brumbach, M.; Armstrong, N. R. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 1913-1921
80. Amatore, C.; Pebay, C.; Thouin, L.; Wang, A. F.; Warkocz, J. S. Anal. Chem. 2010, 82, 6933-6939
81. Amatore, C.; Savéant, J. M.; Tessier, D. J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1983, 147, 39-51
82. Bard, A. J.; Faulkner, L. R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2 nd ed.; Wiley: New York, 2000.
83. Amatore, C.; Saveant, J. M.; Tessier, D. J. Electroanal. Chem. 1983, 146, 37-45
84. Holt, K. B.; Bard, A. J.; Show, Y.; Swain, G. M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 15117-15127
85. Duo, I.; Fujishima, A.; Comninellis, C. H. Electrochem. Commun. 2003, 5, 695-700
86. Wetzelaer, G. A. H.; Koster, L. J. A.; Blom, P. W. M. Phys. Rev. Lett. 2011, 107, 066605