Recent developments of hybrid nanocrystal/polymer bulk heterojunction solar cells

Journal of Nanoscience and Nanotechnology

Volumn 11, Issue 11, 2011, Pages 9384-9394

  Tang, Aiwei ^a,b   Qu, Shengchun ^a   Teng, Feng ^b   Hou, Yanbing ^b   Wang, Yongsheng ^b   Wang, Zhanguo ^a  

^a INSTITUTE OF SEMICONDUCTORS   (China)

^b BEIJING JIAOTONG UNIVERSITY   (China)

Author keywords

Bulk heterojunction; Conjugated polymers; Hybrid solar cells; Inorganic nanocrystals

Indexed keywords

BULK HETEROJUNCTION; BULK HETEROJUNCTION SOLAR CELLS; ELECTRON ACCEPTOR; ELECTRON DONORS; FABRICATION TECHNIQUE; HYBRID SOLAR CELLS; INORGANIC NANOCRYSTALS; INORGANIC SEMICONDUCTOR NANOCRYSTALS; MADE IN CHINA; NATIONAL DEVELOPMENT; POWER CONVERSION EFFICIENCIES; RESEARCH FIELDS; SEMICONDUCTOR NANOCRYSTALS; WORKING PRINCIPLES;

CONJUGATED POLYMERS; CONVERSION EFFICIENCY; NANOCRYSTALS;

HETEROJUNCTIONS;

EID: 84863143571     PISSN: 15334880     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1166/jnn.2011.5311     Document Type: Review

References (124)

1. C. W. Tang, Appl. Phys. Lett. 48, 183 (1986).
2. K. M. Coakley and M. D. McGehee, Chem. Mater. 16, 4533 (2004).
3. S. Gunes, H. Neugebauer, and N. S. Sariciftci, Chem. Rev. 107, 1324 (2007).
4. J. W. Chen and Y. Cao, Accounts Chem. Res. 42, 1709 (2009).
5. N. C. Greenham, Organic Photovoltaics, edited by C. Brabec, V. Dyakonov, and U. Scherf, Wiley-VCH, Weinheim (2008).
6. J. J. M. Halls, K. Pichler, R. H. Friend, S. C. Moratti, and A. B. Holmes, Appl. Phys. Lett. 68, 3120 (1996).
7. M. Theander, A. Yartsev, D. Zigmantas, V. Sundstrom, W. Mammo, M. R. Andersson, and O. Inganas, Phys. Rev. B 61, 12957 (2000).
8. G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, and A. J. Heeger, Science 270, 1789 (1995).
9. S. H. Park, A. Roy, S. Beaupre, S. Cho, N. Coates, J. S. Moon, D. Moses, M. Leclerc, K. Lee, and A. J. Heeger, Nat. Photon 3, 297 (2009).
10. Y. Y. Liang, Z. Xu, J. B. Xia, S. T. Tsai, Y. Wu, G. Li, C. Ray, and L. P. Yu, Adv. Mater. 22, 1 (2010).
11. H. Y. Chen, J. H. Hou, S. Q. Zhang, Y. Y. Liang, G. W. Yang, Y. Yang, L. P. Yu, Y. Wu, and G. Li, Nat. Photon 3, 649 (2009).
12. Y. J. He, H. Y. Chen, J. H. Hou, and Y. F. Li, J. Am. Chem. Soc. 132, 1377 (2010).
13. J. Y. Kim, K. Lee, N. E. Coates, D. Moses, T. Q. Nguyen, M. Dante, and A. J. Heeger, Science 317, 222 (2007).
14. D. J. Milliron, I. Gur, and A. P. Alivisatos, MRS Bull. 30, 41 (2005).
15. C. J. Brabec and N. S. Sariciftci, Semiconducting Polymers, edited by G. Hadziioannnou and P. F. van Hutten, Wiley-VCH, Weinheim (2000).
16. S. Guenes and N. S. Sariciftci, Inorg. Chim. Acta 361, 581 (2008).
17. N. C. Greenham, X. G. Peng, and A. P. Alivisatos, Phys. Rev. B 54, 17628 (1996).
18. W. U. Huynh, J. J. Dittmer, and A. P. Alivisatos, Science 295, 2425 (2002).
19. B. Q. Sun, E. Marx, and N. C. Greenham, Nano Lett. 3, 961 (2003).
20. I. Gur, N. A. Fromer, and A. P. Alivisatos, J. Phys. Chem. B 110, 25543 (2006).
21. A. W. Tang, F. Teng, H. Jin, Y. H. Gao, Y. B. Hou, C. J. Liang, and Y. S. Wang, Mater. Lett. 61, 2178 (2007).
22. S. W. Tsang, H. Fu, R. Wang, J. Lu, K. Yu, and Y. Tao, Appl. Phys. Lett. 95, 183505 (2009).
23. A. Guchhait, A. K. Rath, and A. J. Pal, Appl. Phys. Lett. 96, 073505 (2010).
24. D. H. Cui, J. Xu, T. Zhu, G. Paradee, S. Ashok, and M. Gerhold, Appl. Phys. Lett. 88, 183111 (2006).
25. J. Tang and E. H. Sargent, Adv. Mater. 23, 12 (2011).
26. S. Gunes, K. P. Fritz, H. Neugebauer, N. S. Sariciftci, S. Kumar, and G. D. Scholes, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 91, 420 (2007).
27. Z. J. Wang, S. C. Qu, X. B. Zeng, J. P. Liu, C. S. Zhang, F. R. Tan, L. Jin, and Z. G. Wang, Appl. Surf. Sci. 255, 1916 (2008).
28. A. M. Peiro, P. Ravirajan, K. Govender, D. S. Boyle, P. O'Brien, D. D. C. Bradley, J. Nelson, and J. R. Durrant, J. Mater. Chem. 16, 2088 (2006).
29. W. J. E. Beek, M. M. Wienk, and R. A. J. Janssen, J. Mater. Chem. 15, 2985 (2005).
30. W. J. E. Beek, L. H. Slooff, M. M. Wienk, J. M. Kroon, and R. A. J. Janssen, Adv. Funct. Mater. 15, 1703 (2005).
31. Y. Y. Lin, C. W. Chen, T. H. Chu, W. F. Su, C. C. Lin, C. H. Ku, J. J. Wu, and C. H. Chen, J. Mater. Chem. 17, 4571 (2007).
32. Y. J. Lin, L. Wang, and W. Y. Chiu, Thin Solid Films 511, 199 (2006).
33. N. Kudo, Y. Shimazaki, H. Ohkita, M. Ohoka, and S. Ito, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 91, 1243 (2007).
34. H. Z. Zhong, Y. Zhou, Y. Yang, C. H. Yang, and Y. F. Li, J. Phys. Chem. C 111, 6538 (2007).
35. A. Tang, F. Teng, Y. Wang, Y. Hou, W. Han, L. Yi, and M. Gao, Nanoscale Res. Lett. 3, 502 (2008).
36. H. Lee, S. Kim, W. S. Chung, K. Kim, and D. Kim, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 95, 446 (2011).
37. Y. S. Liu, L. Wang, and Y. Cao, Chem. J. Chinese Univ. 28, 596 (2007).
38. J. H. Yang, A. W. Tang, R. J. Zhou, and J. G. Xue, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 95, 476 (2011).
39. L. L. Han, D. H. Qin, X. Jiang, Y. S. Liu, L. Wang, J. W. Chen, and Y. Cao, Nanotechnology 17, 4736 (2006).
40. I. Lokteva, N. Radychev, F. Witt, H. Borchert, J. Parisi, and J. Kolny-Olesiak, J. Phys. Chem. C 114, 12784 (2010).
41. Y. F. Zhou, F. S. Riehle, Y. Yuan, H. F. Schleiermacher, M. Niggemann, G. A. Urban, and M. Kruger, Appl. Phys. Lett. 96, 013304 (2010).
42. B. Q. Sun and N. C. Greenham, Phys. Chem. Chem. Phys. 8, 3557 (2006).
43. U. Farva and C. Park, Mater. Lett. 64, 1415 (2010).
44. Y. Z. Hao, J. X. Ma, B. Sun, Y. P. Li, and J. J. Ren, Acta Chim. Sinica 68, 33 (2010).
45. Y. Zhou, Y. C. Li, H. Z. Zhong, J. H. Hou, Y. Q. Ding, C. H. Yang, and Y. F. Li, Nanotechnology 17, 4041 (2006).
46. Y. Q. Li, R. Mastria, K. C. Li, A. Fiore, Y. Wang, R. Cingolani, L. Manna, and G. Gigli, Appl. Phys. Lett. 95, 043101 (2009).
47. I. Gur, N. A. Fromer, C. P. Chen, A. G. Kanaras, and A. P. Alivisatos, Nano Lett. 7, 409 (2007).
48. Y. F. Zhou, M. Eck, and M. Kruger, Energ. Environ. Sci. 3, 1851 (2010).
49. S. A. Carter, M. Angelopoulos, S. Karg, P. J. Brock, and J. C. Scott, Appl. Phys. Lett. 70, 2067 (1997).
50. M. Skompska, Synth. Metal. 160, 1 (2010).
51. X. G. Peng, L. Manna, W. D. Yang, J. Wickham, E. Scher, A. Kadavanich, and A. P. Alivisatos, Nature 404, 59 (2000).
52. C. B. Murray, D. J. Norris, and M. G. Bawendi, J. Am. Chem. Soc. 115, 8706 (1993).
53. J. J. M. Halls, J. Cornil, D. A. dos Santos, R. Silbey, D. H. Hwang, A. B. Holmes, J. L. Bredas, and R. H. Friend, Phys. Rev. B 60, 5721 (1999).
54. T. T. Xu and Q. Q. Qiao, Energ. Environ. Sci. 4, 2700 (2011).
55. B. R. Saunders and M. L. Turner, Adv. Colloid Interface Sci. 138, 1 (2008).
56. K. Palaniappan, J. W. Murphy, N. Khanam, J. Horvath, H. Alshareef, M. Quevedo-Lopez, M. C. Biewer, S. Y. Park, M. J. Kim, B. E. Gnade, and M. C. Stefan, Macromolecules 42, 3845 (2009).
57. F. Zutz, I. Lokteva, N. Radychev, J. Kolny-Olesiak, I. Riedel, H. Borchert, and J. Parisi, Phys. Status Solidi A 206, 2700 (2009).
58. S. Dayal, N. Kopidakis, D. C. Olson, D. S. Ginley, and G. Rumbles, Nano Lett. 10, 239 (2010).
59. J. N. de Freitas, I. R. Grova, L. C. Akcelrud, E. Arici, N. S. Sariciftci, and A. F. Nogueira, J. Mater. Chem. 20, 4845 (2010).
60. J. Y. Lek, L. F. Xi, B. E. Kardynal, L. H. Wong, and Y. M. Lam, ACS Appl. Mater. Inter. 3, 287 (2011).
61. Y. Wu and G. Q. Zhang, Nano Lett. 10, 1628 (2010).
62. V. K. Verma, Y. Singh, R. N. Chauhan, R. S. Anand, and J. Kumar, Integ. Ferroelec. 120, 1 (2010).
63. S. Dayal, N. Kopidakis, D. C. Olson, D. S. Ginley, and G. Rumbles, J. Am. Chem. Soc. 131, 17726 (2009).
64. S. Dayal, M. O. Reese, A. J. Ferguson, D. S. Ginley, G. Rumbles, and N. Kopidakis, Adv. Funct. Mater. 20, 2629 (2010).
65. B. Q. Sun, H. J. Snaith, A. S. Dhoot, S. Westenhoff, and N. C. Greenham, J. Appl. Phys. 97, 014914 (2005).
66. X. X. Jiang, F. Chen, W. M. Qiu, Q. X. Yan, Y. X. Nan, H. Xu, L. G. Yang, and H. Z. Chen, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 94, 2223 (2010).
67. L. Wang, Y. S. Liu, X. Jiang, D. H. Qin, and Y. Cao, J. Phys. Chem. C 111, 9538 (2007).
68. Y. S. Liu, L. Wang, D. H. Qin, and Y. Cao, Chinese Phys. Lett. 23, 3345 (2006).
69. H. C. Liao, C. C. Lin, Y. W. Chen, T. C. Liu, and S. Y. Chen, J. Mater. Chem. 20, 5429 (2010).
70. D. O. Grynko, V. V. Kislyuk, P. S. Smertenko, and O. P. Dimitriev, J. Phys. D: Appl. Phys. 42, 195104 (2009).
71. X. X. Jiang, F. Chen, H. Xu, L. G. Yang, W. M. Qiu, M. M. Shi, M. Wang, and H. Z. Chen, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 94, 338 (2010).
72. S. Kumar and T. Nann, J. Mater. Res. 19, 1990 (2004).
73. D. Verma, A. R. Rao, and V. Dutta, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 93, 1482 (2009).
74. Y. Wang, Y. B. Hou, A. W. Tang, Z. H. Feng, B. Feng, Y. Li, and F. Teng, Nanoscale Res. Lett. 4, 674 (2009).
75. L. W. Ji, W. S. Shih, T. H. Fang, C. Z. Wu, S. M. Peng, and T. H. Meen, J. Mater. Sci. 45, 3266 (2010).
76. Y. Y. Lin, Y. Y. Lee, L. W. Chang, J. J. Wu, and C. W. Chen, Appl. Phys. Lett. 94, 063308 (2009).
77. J. P. Liu, S. C. Qu, Y. H. Chen, Y. Xu, X. B. Zeng, L. Y. Liang, Z. J. Wang, H. Y. Zhou, and Z. G. Wang, Chinese Phys. Lett. 24, 2070 (2007).
78. D. C. Olson, S. E. Shaheen, R. T. Collins, and D. S. Ginley, J. Phys. Chem. C 111, 16670 (2007).
79. D. C. Olson, J. Piris, R. T. Collins, S. E. Shaheen, and D. S. Ginley, Thin Solid Films 496, 26 (2006).
80. D. C. Olson, Y. J. Lee, M. S. White, N. Kopidakis, S. E. Shaheen, D. S. Ginley, J. A. Voigt, and J. W. P. Hsu, J. Phys. Chem. C 111, 16640 (2007).
81. T. C. Monson, M. T. Lloyd, D. C. Olson, Y. J. Lee, and J. W. P. Hsu, Adv. Mater. 20, 4755 (2008).
82. D. J. D. Moet, L. J. A. Koster, B. de Boer, and P. W. M. Blom, Chem. Mater. 19, 5856 (2007).
83. M. S. White, D. C. Olson, S. E. Shaheen, N. Kopidakis, and D. S. Ginley, Appl. Phys. Lett. 89, 143517 (2006).
84. L. H. Slooff, M. M. Wienk, and J. M. Kroon, Thin Solid Films 451-52, 634 (2004).
85. Y. T. Lin, T. W. Zeng, W. Z. Lai, C. W. Chen, Y. Y. Lin, Y. S. Chang, and W. F. Su, Nanotechnology 17, 5781 (2006).
86. T. W. Zeng, Y. Y. Lin, H. H. Lo, C. W. Chen, C. H. Chen, S. C. Liou, H. Y. Huang, and W. F. Su, Nanotechnology 17, 5387 (2006).
87. J. Boucle, S. Chyla, M. S. P. Shaffer, J. R. Durrant, D. D. C. Bradley, and J. Nelson, Adv. Funct. Mater. 18, 622 (2008).
88. S. Gunes, N. Marjanovic, J. M. Nedeljkovic, and N. S. Sariciftci, Nanotechnology 19, 424009 (2008).
89. J. C. Liu, W. L. Wang, H. Z. Yu, Z. L. Wu, J. B. Peng, and Y. Cao, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 92, 1403 (2008).
90. T. W. Zeng, H. H. Lo, C. H. Chang, Y. Y. Lin, C. W. Chen, and W. F. Su, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 93, 952 (2009).
91. B. Reeja-Jayan and A. Manthiram, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 94, 907 (2010).
92. N. Kudo, S. Honda, Y. Shimazaki, H. Ohkita, S. Ito, and H. Benten, Appl. Phys. Lett. 90, 183513 (2007).
93. Y. Y. Lin, T. H. Chu, S. S. Li, C. H. Chuang, C. H. Chang, W. F. Su, C. P. Chang, M. W. Chu, and C. W. Chen, J. Am. Chem. Soc. 131, 3644 (2009).
94. Y. R. Park, Y. J. Lee, C. J. Yu, and J. H. Kim, J. Appl. Phys. 108, 044508 (2010).
95. C. H. Chuang, Y. Y. Lin, Y. H. Tseng, T. H. Chu, C. C. Lin, W. F. Su, and C. W. Chen, J. Phys. Chem. C 114, 18717 (2010).
96. A. A. R. Watt, P. Meredith, J. D. Riches, S. Atkinson, and H. Rubinsztein-Dunlop, Curr. Appl. Phys. 4, 320 (2004).
97. S. Zhang, P. W. Cyr, S. A. McDonald, G. Konstantatos, and E. H. Sargent, Appl. Phys. Lett. 87, 233101 (2005).
98. D. M. N. M. Dissanayake, A. A. D. T. Adikaari, and S. R. P. Silva, Appl. Phys. Lett. 92, 093308 (2008).
99. Z. J. Wang, S. C. Qu, X. B. Zeng, C. S. Zhang, M. J. Shi, F. R. Tan, Z. G. Wang, J. P. Liu, Y. B. Hou, F. Teng, and Z. H. Feng, Polymer 49, 4647 (2008).
100. J. Seo, S. J. Kim, W. J. Kim, R. Singh, M. Samoc, A. N. Cartwright, and P. N. Prasad, Nanotechnology 20, 095202 (2009).
101. A. Guchhait, A. K. Rath, and A. J. Pal, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 95, 651 (2011).
102. J. Seo, W. J. Kim, S. J. Kim, K. S. Lee, A. N. Cartwright, and P. N. Prasad, Appl. Phys. Lett. 94, 133302 (2009).
103. X. M. Jiang, R. D. Schaller, S. B. Lee, J. M. Pietryga, V. I. Klimov, and A. A. Zakhidov, J. Mater. Res. 22, 2204 (2007).
104. K. P. Fritz, S. Guenes, J. Luther, S. Kumar, N. S. Saricifitci, and G. D. Scholes, J. Photochem. Photobio. A 195, 39 (2008).
105. E. Kikuchi, S. Kitada, A. Ohno, S. Aramaki, and S. Maenosono, Appl. Phys. Lett. 92, 173307 (2008).
106. Z. N. Tan, T. Zhu, M. Thein, S. A. Gao, A. Cheng, F. Zhang, C. F. Zhang, H. P. Su, J. K. Wang, R. Henderson, J. I. Hahm, Y. P. Yang, and J. Xu, Appl. Phys. Lett. 95, 063510 (2009).
107. E. Arici, N. S. Sariciftci, and D. Meissner, Adv. Funct. Mater. 13, 165 (2003).
108. E. Arici, H. Hoppe, F. Schaffler, D. Meissner, M. A. Malik, and N. S. Sariciftci, Thin Solid Films 451-52, 612 (2004).
109. C. W. Lin, D. Y. Wang, Y. T. Wang, C. C. Chen, Y. J. Yang, and Y. F. Chen, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 95, 1107 (2011).
110. Y. Y. Lin, D. Y. Wang, H. C. Yen, H. L. Chen, C. C. Chen, C. M. Chen, C. Y. Tang, and C. W. Chen, Nanotechnology 20, 405207 (2009).
111. L. Qian, J. H. Yang, R. J. Zhou, A. W. Tang, Y. Zheng, T. K. Tseng, D. Bera, J. G. Xue, and P. H. Holloway, J. Mater. Chem. 21, 3814 (2011).
112. S. D. Oosterhout, M. M. Wienk, S. S. van Bavel, R. Thiedmann, L. J. A. Koster, J. Gilot, J. Loos, V. Schmidt, and R. A. J. Janssen, Nat. Mater. 8, 818 (2009).
113. C. Y. Liu, Z. C. Holman, and U. R. Kortshagen, Nano Lett. 9, 449 (2009).
114. C. Y. Liu, Z. C. Holman, and U. R. Kortshagen, Adv. Funct. Mater. 20, 2157 (2010).
115. J. W. Zhou, D. H. Qin, C. Luo, and Y. Cao, Vacuum & Cryogenics 12, 9 (2006).
116. J. Luo, C. M. Liu, S. H. Yang, and Y. Cao, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 94, 501 (2010).
117. Z. J. Wang, S. C. Qu, X. B. Zeng, J. P. Liu, C. S. Zhang, M. J. Shi, F. R. Tan, and Z. G. Wang, Curr. Appl. Phys. 9, 1175 (2009).
118. Y. F. Zhou, M. Eck, C. Veit, B. Zimmermann, F. Rauscher, P. Niyamakom, S. Yilmaz, I. Dumsch, S. Allard, U. Scherf, and M. Krüger, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 95, 1232 (2011).
119. J. P. Liu, S. C. Qu, Y. Xu, Y. H. Chen, X. B. Zeng, Z. J. Wang, H. Y. Zhou, and Z. G. Wang, Chinese Phys. Lett. 24, 1350 (2007).
120. Y. Q. Li, R. Mastria, A. Fiore, C. Nobile, L. X. Yin, M. Biasiucci, G. Cheng, A. M. Cucolo, R. Cingolani, L. Manna, and G. Gigli, Adv. Mater. 21, 4461 (2009).
121. H. Jin, Y. B. Hou, A. W. Tang, X. G. Meng, and F. Teng, Chinese Phys. Lett. 23, 693 (2006).
122. Z. J. Wang, S. C. Qu, X. B. Zeng, J. P. Liu, C. S. Zhang, F. R. Tan, L. Jin, and Z. G. Wang, J. Alloy Compd. 482, 203 (2009).
123. F. R. Tan, S. C. Qu, X. B. Zeng, C. S. Zhang, M. J. Shi, Z. J. Wang, L. Jin, Y. Bi, J. Cao, Z. G. Wang, Y. B. Hou, F. Teng, and Z. H. Feng, Solid State Commun. 150, 58 (2010).
124. Z. J. Wang, S. C. Qu, X. B. Zeng, J. P. Liu, F. R. Tan, Y. Bi, and Z. G. Wang, Acta Mater. 58, 4950 (2010).