Polymer triplet energy levels need not limit photocurrent collection in organic solar cells

Journal of the American Chemical Society

Volumn 134, Issue 48, 2012, Pages 19661-19668

  Schlenker, Cody W ^a   Chen, Kung Shih ^b   Yip, Hin Lap ^b   Li, Chang Zhi ^b   Bradshaw, Liam R ^a   Ochsenbein, Stefan T ^a,c   Ding, Feizhi ^a   Li, Xiaosong S ^a   Gamelin, Daniel R ^a   Jen, Alex K Y ^b   Ginger, David S ^a  

^a UNIVERSITY OF WASHINGTON   (United States)

^b University of Washington   (United States)

^c PAUL SCHERRER INSTITUTE   (Switzerland)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHARGE RECOMBINATIONS; CHARGE SEPARATIONS; DIRECT RECOMBINATION; DONOR SYSTEMS; FULLERENE REDUCTION; INTERMOLECULAR CHARGE TRANSFER; INTERNAL QUANTUM EFFICIENCY; METHYL ESTERS; ORGANIC SOLAR CELL; PHOTOINDUCED ABSORPTION; POWER CONVERSION EFFICIENCIES; QUINOXALINES; RECOMBINATION LOSS; TRIPLET ENERGY; TRIPLET EXCITONS; TRIPLET STATE;

CHARGE TRANSFER; CONVERSION EFFICIENCY; FULLERENES; OPEN CIRCUIT VOLTAGE; PHOTOLUMINESCENCE SPECTROSCOPY; POLYMERS; THERMODYNAMICS;

SOLAR CELLS;

COPOLYMER; FULLERENE; INDACENODITHIOPHENE; PHENANTHRO[9,10 B]QUINOXALINE DERIVATIVE; POLY(INDACENODITHIOPHENE CO PHENANTHRO[9,10 B]QUINOXALINE; POLYMER; UNCLASSIFIED DRUG;

ABSORPTION; ARTICLE; OXIDATION REDUCTION POTENTIAL; PHOTOLUMINESCENCE; SPECTROSCOPY; THERMODYNAMICS;

EID: 84870653000     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja306110b     Document Type: Article

References (77)

1. He, Z.; Zhong, C.; Huang, X.; Wong, W.-Y.; Wu, H.; Chen, L.; Su, S.; Cao, Y. Adv. Mater. 2011, 23, 4636-4643
2. Green, M. A.; Emery, K.; Hishikawa, Y.; Warta, W. Prog. Photovoltaics 2010, 18, 346-352
3. 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-E138
4. Kromhout, W. W. UCLA engineers create tandem polymer solar cells that set record for energy-conversion; UCLA Newsroom: Los Angeles, CA, 2012.
5. Servaites, J. D.; Ratner, M. A.; Marks, T. J. Appl. Phys. Lett. 2009, 95
6. Servaites, J. D.; Ratner, M. A.; Marks, T. J. Energ. Environ. Sci. 2011, 4, 4410-4422
7. Veldman, D.; Meskers, S. C. J.; Janssen, R. A. J. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 1939-1948
8. Faist, M. A.; Kirchartz, T.; Gong, W.; Ashraf, R. S.; McCulloch, I.; de Mello, J. C.; Ekins-Daukes, N. J.; Bradley, D. D. C.; Nelson, J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 685-692
9. Vandewal, K.; Tvingstedt, K.; Gadisa, A.; Inganas, O.; Manca, J. V. Nat. Mater. 2009, 8, 904-909
10. Vandewal, K.; Tvingstedt, K.; Gadisa, A.; Inganas, O.; Manca, J. V. Phys. Rev. B 2010, 81, 125204
11. Rand, B. P.; Burk, D. P.; Forrest, S. R. Phys. Rev. B 2007, 75, 115327
12. Mutolo, K. L.; Mayo, E. I.; Rand, B. P.; Forrest, S. R.; Thompson, M. E. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 8108-8109
13. 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
14. Benson-Smith, J. J.; Ohkita, H.; Cook, S.; Durrant, J. R.; Bradley, D. D. C.; Nelson, J. Dalton Trans. 2009, 10000-10005
15. 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
16. Ohkita, H.; Cook, S.; Astuti, Y.; Duffy, W.; Heeney, M.; Tierney, S.; McCulloch, I.; Bradley, D. D. C.; Durrant, J. R. Chem. Commun. 2006, 3939-3941
17. Deibel, C.; Strobel, T.; Dyakonov, V. Adv. Mater. 2010, 22, 4097-4111
18. Giebink, N. C.; Wiederrecht, G. P.; Wasielewski, M. R.; Forrest, S. R. Phys. Rev. B 2010, 82, 155305
19. Giebink, N. C.; Lassiter, B. E.; Wiederrecht, G. P.; Wasielewski, M. R.; Forrest, S. R. Phys. Rev. B 2010, 82, 155306
20. Liedtke, M.; Sperlich, A.; Kraus, H.; Baumann, A.; Deibel, C.; Wirix, M. J. M.; Loos, J.; Cardona, C. M.; Dyakonov, V. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 9088-9094
21. Koster, L. J. A.; Shaheen, S. E.; Hummelen, J. C. Adv. Energy Mater. 2012, 2, 1246-1253
22. Veldman, D.; Ipek, O.; Meskers, S. C. J.; Sweelssen, J.; Koetse, M. M.; Veenstra, S. C.; Kroon, J. M.; van Bavel, S. S.; Loos, J.; Janssen, R. A. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7721-7735
23. Dutton, G. J.; Jin, W.; Reutt-Robey, J. E.; Robey, S. W. Phys. Rev. B 2010, 82, 073407
24. He, Y.; Chen, H.-Y.; Hou, J.; Li, Y. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1377-1382
25. He, Y.; Zhao, G.; Peng, B.; Li, Y. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 3383-3389
26. Laird, D. W.; Stegamat, R.; Richter, H.; Vejins, V.; Scott, L.; Lada, T. A. Organic photovoltaic devices comprising fullerenes and derivatives thereof, US Patent 8217260, 2008.
27. Li, C.-Z.; Yip, H.-L.; Jen, A. K.-Y. J. Mater. Chem. 2012, 22, 4161-4177
28. Li, C.-Z.; Chien, S.-C.; Yip, H.-L.; Chueh, C.-C.; Chen, F.-C.; Matsuo, Y.; Nakamura, E.; Jen, A. K.-Y. Chem. Commun. 2011, 47, 10082-10084
29. Zhang, Y.; Zou, J.; Yip, H.-L.; Chen, K.-S.; Zeigler, D. F.; Sun, Y.; Jen, A. K.-Y. Chem. Mater. 2011, 23, 2289-2291
30. Noone, K. M.; Anderson, N. C.; Horwitz, N. E.; Munro, A. M.; Kulkarni, A. P.; Ginger, D. S. ACS Nano 2009, 3, 1345-1352
31. Ginger, D. S.; Greenham, N. C. Phys. Rev. B 1999, 59, 10622-10629
32. Burkhard, G. F.; Hoke, E. T.; McGehee, M. D. Adv. Mater. 2010, 22, 3293-3297
33. Hwang, J.; Wan, A.; Kahn, A. Mater. Sci. Eng., R 2009, 64, 1-31
34. Yu, C.-Y.; Chen, C.-P.; Chan, S.-H.; Hwang, G.-W.; Ting, C. Chem. Mater. 2009, 21, 3262-3269
35. Pina, J.; de Melo, J. S.; Burrows, H. D.; Bunnagel, T. W.; Dolfen, D.; Kudla, C. J.; Scherf, U. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 15928-15936
36. Chen, C.-P.; Chan, S.-H.; Chao, T.-C.; Ting, C.; Ko, B.-T. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 12828-12833
37. Zhang, W.; Smith, J.; Watkins, S. E.; Gysel, R.; McGehee, M.; Salleo, A.; Kirkpatrick, J.; Ashraf, S.; Anthopoulos, T.; Heeney, M.; McCulloch, I. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11437-11439
38. Schroeder, B. C.; Huang, Z.; Ashraf, R. S.; Smith, J.; D'Angelo, P.; Watkins, S. E.; Anthopoulos, T. D.; Durrant, J. R.; McCulloch, I. Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 1663-1670
39. McCulloch, I.; Ashraf, R. S.; Biniek, L.; Bronstein, H.; Combe, C.; Donaghey, J. E.; James, D. I.; Nielsen, C. B.; Schroeder, B. C.; Zhang, W. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 714-722
40. Bronstein, H.; Leem, D. S.; Hamilton, R.; Woebkenberg, P.; King, S.; Zhang, W.; Ashraf, R. S.; Heeney, M.; Anthopoulos, T. D.; de Mello, J.; McCulloch, I. Macromolecules 2011, 44, 6649-6652
41. Chen, K.-S.; Zhang, Y.; Yip, H.-L.; Sun, Y.; Davies, J. A.; Ting, C.; Chen, C.-P.; Jen, A. K.-Y. Org. Electron. 2011, 12, 794-801
42. Hoke, E. T.; Vandewal, K.; Bartelt, J. A.; Mateker, W. R.; Douglas, J. D.; Noriega, R.; Graham, K. R.; Fréchet, J. M. J.; Salleo, A.; McGehee, M. D. Adv. Energy Mater. 2012, 10.1002/aenm.201200474
43. Di Nuzzo, D.; Wetzelaer, G.-J. A. H.; Bouwer, R. K. M.; Gevaerts, V. S.; Meskers, S. C. J.; Hummelen, J. C.; Blom, P. W. M.; Janssen, R. A. J. Adv. Energy Mater. 2012, 10.1002/aenm.201200426
44. Miller, N. C.; Sweetnam, S.; Hoke, E. T.; Gysel, R.; Miller, C. E.; Bartelt, J. A.; Xie, X.; Toney, M. F.; McGehee, M. D. Nano Lett. 2012, 12, 1566-1570
45. Park, S. H.; Roy, A.; Beaupre, S.; Cho, S.; Coates, N.; Moon, J. S.; Moses, D.; Leclerc, M.; Lee, K.; Heeger, A. J. Nat. Photonics 2009, 3, 297-U5
46. 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
47. Thomas, K. G.; Biju, V.; George, M. V.; Guldi, D. M.; Kamat, P. V. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 5341-5348
48. Williams, R. M.; Zwier, J. M.; Verhoeven, J. W. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 4093-4099
49. Gould, I. R.; Noukakis, D.; Gomezjahn, L.; Young, R. H.; Goodman, J. L.; Farid, S. Chem. Phys. 1993, 176, 439-456
50. Gould, I. R.; Young, R. H.; Moody, R. E.; Farid, S. J. Phys. Chem. 1991, 95, 2068-2080
51. Kim, H.; Kim, J. Y.; Park, S. H.; Lee, K.; Jin, Y.; Kim, J.; Suh, H. Appl. Phys. Lett. 2005, 86, 183502
52. Morteani, A. C.; Sreearunothai, P.; Herz, L. M.; Friend, R. H.; Silva, C. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 247402
53. Tvingstedt, K.; Vandewal, K.; Gadisa, A.; Zhang, F. L.; Manca, J.; Inganas, O. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 11819-11824
54. Loi, M. A.; Toffanin, S.; Muccini, M.; Forster, M.; Scherf, U.; Scharber, M. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 2111-2116
55. Ng, A. M. C.; Djurisic, A. B.; Chan, W. K.; Nunzi, J. M. Chem. Phys. Lett. 2009, 474, 141-145
56. Kohler, A.; Wilson, J. S.; Friend, R. H.; Al-Suti, M. K.; Khan, M. S.; Gerhard, A.; Bassler, H. J. Chem. Phys. 2002, 116, 9457-9463
57. Kohler, A.; Beljonne, D. Adv. Funct. Mater. 2004, 14, 11-18
58. Hertel, D.; Setayesh, S.; Nothofer, H. G.; Scherf, U.; Mullen, K.; Bassler, H. Adv. Mater. 2001, 13, 65-70
59. Monkman, A. P.; Burrows, H. D.; Hartwell, L. J.; Horsburgh, L. E.; Hamblett, I.; Navaratnam, S. Phys. Rev. Lett. 2001, 86, 1358-1361
60. Korovyanko, O. J.; Osterbacka, R.; Jiang, X. M.; Vardeny, Z. V.; Janssen, R. A. J. Phys. Rev. B 2001, 64, 235122
61. Janssen, R. A. J.; Christiaans, M. P. T.; Hare, C.; Martin, N.; Sariciftci, N. S.; Heeger, A. J.; Wudl, F. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8840-8845
62. Noone, K. M.; Strein, E.; Anderson, N. C.; Wu, P.-T.; Jenekhe, S. A.; Ginger, D. S. Nano Lett. 2010, 10, 2635-2639
63. Noone, K. M.; Subramaniyan, S.; Zhang, Q.; Cao, G.; Jenekhe, S. A.; Ginger, D. S. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 24403-24410
64. Bensasson, R. V.; Bienvenue, E.; Fabre, C.; Janot, J. M.; Land, E. J.; Leach, S.; Leboulaire, V.; Rassat, A.; Roux, S.; Seta, P. Chem.-Eur. J. 1998, 4, 270-278
65. Guldi, D. M.; Prato, M. Acc. Chem. Res. 2000, 33, 695-703
66. Sperlich, A.; Liedtke, M.; Kern, J.; Kraus, H.; Deibel, C.; Filippone, S.; Luis Delgado, J.; Martin, N.; Dyakonov, V. Phys. Stat. Sol.-Rapid Res. Lett. 2011, 5, 128-130
67. Sassara, A.; Zerza, G.; Chergui, M. Chem. Phys. Lett. 1996, 261, 213-220
68. Vandenheuvel, D. J.; Chan, I. Y.; Groenen, E. J. J.; Schmidt, J.; Meijer, G. Chem. Phys. Lett. 1994, 231, 111-118
69. Prat, F.; Marti, C.; Nonell, S.; Zhang, X. J.; Foote, C. S.; Moreno, R. G.; Bourdelande, J. L.; Font, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2001, 3, 1638-1643
70. Guldi, D. M.; Asmus, K. D. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 1472-1481
71. Luo, C.; Fujitsuka, M.; Watanabe, A.; Ito, O.; Gan, L.; Huang, Y.; Huang, C. H. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1998, 94, 527-532
72. Di Nuzzo, D.; Aguirre, A.; Shahid, M.; Gevaerts, V. S.; Meskers, S. C. J.; Janssen, R. A. J. Adv. Mater. 2010, 22, 4321-4324
73. Snedden, E. W.; Monkman, A. P.; Dias, F. B. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 4390-4398
74. Tvingstedt, K.; Vandewal, K.; Zhang, F.; Inganas, O. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 21824-21832
75. Chen, K.-S.; Yip, H.-L.; Schlenker, C. W.; Ginger, D. S.; Jen, A. K.-Y. Org. Electron. 2012, 13, 2870-2878
76. Bakulin, A. A.; Rao, A.; Pavelyev, V. G.; van Loosdrecht, P. H. M.; Pshenichnikov, M. S.; Niedzialek, D.; Cornil, J.; Beljonne, D.; Friend, R. H. Science 2012, 335, 1340-1344
77. Cook, S.; Ohkita, H.; Durrant, J. R.; Kim, Y.; Benson-Smith, J. J.; Nelson, J.; Bradley, D. D. C. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 101128