Competition between the charge transfer state and the singlet states of donor or acceptor limiting the efficiency in polymer: Fullerene solar cells

Journal of the American Chemical Society

Volumn 134, Issue 1, 2012, Pages 685-692

  Faist, Mark A ^a   Kirchartz, Thomas ^a   Gong, Wei ^a,b   Ashraf, Raja Shahid ^a   McCulloch, Iain ^a   De Mello, John C ^a   Ekins Daukes, Nicholas J ^a   Bradley, Donal D C ^a   Nelson, Jenny ^a  

^a IMPERIAL COLLEGE LONDON   (United Kingdom)

^b BEIJING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS   (China)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ABSORPTION ONSET; BLEND COMPONENTS; BLEND FILMS; CHARGE TRANSFER STATE; DIRECT PROBE; ELECTRON ACCEPTOR; FILL FACTOR; HIGH PERFORMANCE POLYMER; HOMO ENERGIES; INTERFACIAL STATE; METHYL ESTERS; PRISTINE MATERIALS; SINGLET STATE;

BUTYRIC ACID; CHARGE TRANSFER; ELECTROLUMINESCENCE; ENERGY GAP; FATTY ACIDS; FULLERENES; OPEN CIRCUIT VOLTAGE; POLYMER FILMS; POLYMERS; SEMICONDUCTOR QUANTUM WELLS;

SOLAR ENERGY;

(6,6) PHENYL C61 BUTYRIC ACID METHYL ESTER; ESTER DERIVATIVE; FULLERENE; POLYMER; UNCLASSIFIED DRUG;

ARTICLE; CELLS; CHEMICAL STRUCTURE; ELECTRIC POTENTIAL; ELECTRON TRANSPORT; ENERGY; LUMINESCENCE; PHOTOLUMINESCENCE; SOLAR CELL;

EID: 84855690006     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja210029w     Document Type: Article

References (76)

1. Dennler, G.; Scharber, M. C.; Brabec, C. J. Adv. Mater. 2009, 21, 1323-1338
2. Nayak, P. K.; Bisquert, J.; Cahen, D. Adv. Mater. 2011, 23, 2870-2876
3. Veldman, D.; Meskers, S. C. J.; Janssen, R. A. J. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 1939-1948
4. Admassie, S.; Inganäs, O.; Mammo, W.; Perzon, E.; Andersson, M. R. Synth. Met. 2006, 156, 614-623
5. Blouin, N.; Michaud, A.; Leclerc, M. Adv. Mater. 2007, 19, 2295-2300
6. Chen, H.-Y.; Hou, J.; Zhang, S.; Liang, Y.; Yang, G.; Yang, Y.; Yu, L.; Wu, Y.; Li, G. Nat. Photonics 2009, 3, 649-653
7. Mühlbacher, D.; Scharber, M.; Morana, M.; Zhu, Z.; Waller, D.; Gaudiana, R.; Brabec, C. Adv. Mater. 2006, 18, 2884-2889
8. Kirchartz, T.; Helbig, A.; Reetz, W.; Reuter, M.; Werner, J. H.; Rau, U. Prog. Photovoltaics: Res. Appl. 2009, 17, 394-402
9. Green, M. A. Prog. Photovoltaics: Res. Appl. 2011, 10.1002/pip.1147
10. King, R. R.; Bhusari, D.; Boca, A.; Larrabee, D.; Liu, X. -Q; Hong, W.; Fetzer, C. M.; Law, D. C.; Karam, N. H. Prog. Photovoltaics: Res. Appl. 2011, 19, 797-812
11. Gregg, B. A. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 4688-4698
12. Blom, P. W. M.; Mihailetchi, V. D.; Koster, L. J. A.; Markov, D. E. Adv. Mater. 2007, 19, 1551-1566
13. Tang, C. W. Appl. Phys. Lett. 1986, 48, 183-185
14. Vandewal, K.; Gadisa, A.; Oosterbaan, W. D.; Bertho, S.; Banishoeib, F.; Severen, I. V.; Lutsen, L.; Cleij, T. J.; Vanderzande, D.; Manca, J. V. Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 2064-2070
15. Scharber, M. C.; Mühlbacher, D.; Koppe, M.; Denk, P.; Waldauf, C.; Heeger, A. J.; Brabec, C. J. Adv. Mater. 2006, 18, 789-794
16. Vandewal, K.; Tvingstedt, K.; Gadisa, A.; Inganäs, O.; Manca, J. V. Phys. Rev. B 2010, 81, 125204
17. Tvingstedt, K.; Vandewal, K.; Gadisa, A.; Zhang, F.; Manca, J.; Inganäs, O. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 11819-11824
18. Markvart, T. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 064102
19. Shuttle, C. G.; Hamilton, R.; O'Regan, B. C.; Nelson, J.; Durrant, J. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 16448-16452
20. Maurano, A.; Hamilton, R.; Shuttle, C. G.; Ballantyne, A. M.; Nelson, J.; O'Regan, B.; Zhang, W.; McCulloch, I.; Azimi, H.; Morana, M.; Brabec, C. J.; Durrant, J. R. Adv. Mater. 2010, 22, 4987-4992
21. Deibel, C.; Strobel, T.; Dyakonov, V. Adv. Mater. 2010, 22, 4097-4111
22. Loi, M. A.; Toffanin, S.; Muccini, M.; Forster, M.; Scherf, U.; Scharber, M. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 2111-2116
23. Benson-Smith, J. J.; Goris, L.; Vandewal, K.; Haenen, K.; Manca, J. V.; Vanderzande, D.; Bradley, D. D. C.; Nelson, J. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 451-457
24. Westenhoff, S.; Howard, I. A.; Hodgkiss, J. M.; Kirov, K. R.; Bronstein, H. A.; Williams, C. K.; Greenham, N. C.; Friend, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13653-13658
25. Dyer-Smith, C.; Reynolds, L. X.; Bruno, A.; Bradley, D. D. C.; Haque, S. A.; Nelson, J. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 2701-2708
26. Benson-Smith, J. J.; Ohkita, H.; Cook, S.; Durrant, J. R.; Bradley, D. D. C.; Nelson, J. Dalton Trans. 2009, 10000
27. 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
28. Ishwara, T.; Bradley, D. D. C.; Nelson, J.; Ravirajan, P.; Vanseveren, I.; Cleij, T.; Vanderzande, D.; Lutsen, L.; Tierney, S.; Heeney, M.; McCulloch, I. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 053308
29. Rand, B. P.; Burk, D. P.; Forrest, S. R. Phys. Rev. B 2007, 75, 115327
30. Kim, Y.; Choulis, S. A.; Nelson, J.; Bradley, D. D. C.; Cook, S.; Durrant, J. R. J. Mater. Sci. 2005, 40, 1371-1376
31. Andersson, L. M.; Inganäs, O. Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 082103
32. Kanai, K.; Akaike, K.; Koyasu, K.; Sakai, K.; Nishi, T.; Kamizuru, Y.; Nishi, T.; Ouchi, Y.; Seki, K. Appl. Phys., A 2009, 95, 309-313
33. Guan, Z.-L.; Kim, J. B.; Wang, H.; Jaye, C.; Fischer, D. A.; Loo, Y.-L.; Kahn, A. Org. Electron. 2010, 11, 1779-1785
34. Piersimoni, F.; Chambon, S.; Vandewal, K.; Mens, R.; Boonen, T.; Gadisa, A.; Izquierdo, M.; Filippone, S.; Ruttens, B.; D'Haen, J.; Martin, N.; Lutsen, L.; Vanderzande, D.; Adriaensens, P.; Manca, J. V. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 10873-10880
35. Koch, N. ChemPhysChem 2007, 8, 1438-1455
36. Tsoi, W. C.; Spencer, S. J.; Yang, L.; Ballantyne, A. M.; Nicholson, P. G.; Turnbull, A.; Shard, A. G.; Murphy, C. E.; Bradley, D. D. C.; Nelson, J.; Kim, J.-S. Macromolecules 2011, 44, 2944-2952
37. Aarnio, H.; Sehati, P.; Braun, S.; Nyman, M.; de Jong, M. P.; Fahlman, M.; Österbacka, R. Adv. Energy Mater. 2011, 1, 792-797
38. Frost, J. M.; Faist, M. A.; Nelson, J. Adv. Mater. 2010, 22, 4881-4884
39. Slooff, L. H.; Veenstra, S. C.; Kroon, J. M.; Moet, D. J. D.; Sweelssen, J.; Koetse, M. M. Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 143506
40. Veldman, D.; Ipek, Ö.; Meskers, S. C. J.; Sweelssen, J.; Koetse, M. M.; Veenstra, S. C.; Kroon, J. M.; Bavel, S. S.; van; Loos, J.; Janssen, R. A. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7721-7735
41. Inganäs, O.; Svensson, M.; Gadisa, A.; Zhang, F.; Persson, N. K.; Wang, X.; Andersson, M. R. Appl. Phys., A 2004, 79, 31-35
42. Vandewal, K.; Tvingstedt, K.; Gadisa, A.; Inganas, O.; Manca, J. V. Nat. Mater. 2009, 8, 904-909
43. He, Y.; Chen, H.-Y.; Hou, J.; Li, Y. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1377-1382
44. Ma, W.; Yang, C.; Gong, X.; Lee, K.; Heeger, A. J. Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1617-1622
45. Li, G.; Shrotriya, V.; Huang, J.; Yao, Y.; Moriarty, T.; Emery, K.; Yang, Y. Nat. Mater. 2005, 4, 864-868
46. Li, G.; Yao, Y.; Yang, H.; Shrotriya, V.; Yang, G.; Yang, Y. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 1636-1644
47. Campoy-Quiles, M.; Ferenczi, T.; Agostinelli, T.; Etchegoin, P. G.; Kim, Y.; Anthopoulos, T. D.; Stavrinou, P. N.; Bradley, D. D. C.; Nelson, J. Nat. Mater. 2008, 7, 158-164
48. Veenstra, S. C.; Verhees, W. J. H.; Kroon, J. M.; Koetse, M. M.; Sweelssen, J.; Bastiaansen, J. J. A. M.; Schoo, H. F. M.; Yang, X.; Alexeev, A.; Loos, J.; Schubert, U. S.; Wienk, M. M. Chem. Mater. 2011, 16, 2503-2508
49. 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, 2783-2787
50. Hou, J.; Chen, H.-Y.; Zhang, S.; Li, G.; Yang, Y. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16144-16145
51. Morteani, A. C.; Dhoot, A. S.; Kim, J.-S.; Silva, C.; Greenham, N. C.; Murphy, C.; Moons, E.; Ciná, S.; Burroughes, J. H.; Friend, R. H. Adv. Mater. 2003, 15, 1708-1712
52. Morteani, A. C.; Ho, P. K. H.; Friend, R. H.; Silva, C. Appl. Phys. Lett. 2005, 86, 163501
53. Morteani, A. C.; Sreearunothai, P.; Herz, L. M.; Friend, R. H.; Silva, C. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 247402
54. Hertel, D.; Bässler, H. ChemPhysChem 2008, 9, 666-688
55. Frost, J. M.; Faist, M. A.; Nelson, J. Adv. Mater. 2010, 22, 4881-4884
56. Soon, Y. W.; Clarke, T. M.; Zhang, W.; Agostinelli, T.; Kirkpatrick, J.; Dyer-Smith, C.; McCulloch, I.; Nelson, J.; Durrant, J. R. Chem. Sci. 2011, 2, 1111-1120
57. Clarke, T.; Ballantyne, A.; Jamieson, F.; Brabec, C.; Nelson, J.; Durrant, J. Chem. Commun. 2009, 89
58. Dean, P. J.; Haynes, J. R.; Flood, W. F. Phys. Rev. 1967, 161, 711
59. Ballantyne, A. M.; Chen, L.; Dane, J.; Hammant, T.; Braun, F. M.; Heeney, M.; Duffy, W.; McCulloch, I.; Bradley, D. D. C.; Nelson, J. Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 2373-2380
60. Rau, U. Phys. Rev. B 2007, 76, 085303
61. Kirchartz, T.; Rau, U. Phys. Status Solidi A 2008, 205, 2737-2751
62. Hoyer, U.; Pinna, L.; Swonke, T.; Auer, R.; Brabec, C. J.; Stubhan, T.; Li, N. Adv. Energy Mater. 2011, 1, 1097-1100
63. Kirchartz, T.; Rau, U. J. Appl. Phys. 2007, 102, 104510
64. Kirchartz, T.; Rau, U.; Kurth, M.; Mattheis, J.; Werner, J. Thin Solid Films 2007, 515, 6238-6242
65. Kirchartz, T.; Pieters, B. E.; Kirkpatrick, J.; Rau, U.; Nelson, J. Phys. Rev. B 2011, 83, 115209
66. Liang, Z.; Reese, M. O.; Gregg, B. A. ACS Appl. Mater. Interfaces 2011, 3, 2042-2050
67. Street, R. A.; Song, K. W.; Northrup, J. E.; Cowan, S. Phys. Rev. B 2011, 83, 165207
68. Street, R. A. Phys. Rev. B 2011, 84, 075208
69. Ooi, Z. E.; Tam, T. L.; Shin, R. Y. C.; Chen, Z. K.; Kietzke, T.; Sellinger, A.; Baumgarten, M.; Mullen, K.; deMello, J. C. J. Mater. Chem. 2008, 18, 4619-4622
70. Koetse, M. M.; Sweelssen, J.; Hoekerd, K. T.; Schoo, H. F. M.; Veenstra, S. C.; Kroon, J. M.; Yang, X.; Loos, J. Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 083504-3
71. Brunetti, F. G.; Gong, X.; Tong, M.; Heeger, A. J.; Wudl, F. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 532-536
72. Hörmann, U.; Wagner, J.; Gruber, M.; Opitz, A.; Brütting, W. physica status solidi (RRL)-Rapid Research Letters 2011, 5, 241-243
73. Dennler, G.; Scharber, M. C.; Ameri, T.; Denk, P.; Forberich, K.; Waldauf, C.; Brabec, C. J. Adv. Mater. 2008, 20, 579-583
74. 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
75. Green, M. A.; Emery, K.; Hishikawa, Y.; Warta, W. Progress in Photovoltaics: Research and Applications 2011, 19, 84-92
76. He, Z.; Zhong, C.; Huang, X.; Wong, W.; Wu, H.; Chen, L.; Su, S.; Cao, Y. Adv. Mater. 2011, 23, 4636-4643