The renaissance of hybrid solar cells: Progresses, challenges, and perspectives

Energy and Environmental Science

Volumn 6, Issue 7, 2013, Pages 2020-2040

  Gao, Feng ^a   Ren, Shenqiang ^b   Wang, Jianpu ^c  

^a LINKÖPING UNIVERSITY   (Sweden)

^b UNIVERSITY OF KANSAS   (United States)

^c UNIVERSITY OF CAMBRIDGE   (United Kingdom)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CRITICAL CHALLENGES; HYBRID BULK HETEROJUNCTIONS; HYBRID SOLAR CELLS; INTERFACIAL INTERACTION; ORGANIC-INORGANIC HYBRID SYSTEMS; PHOTOVOLTAIC PERFORMANCE; SEMICONDUCTING NANOCRYSTALS; SOLUTION-PROCESSED;

HETEROJUNCTIONS; HYBRID MATERIALS; HYBRID SYSTEMS;

SOLAR CELLS;

NANOTECHNOLOGY; PERFORMANCE ASSESSMENT; POLYMER; SOLAR POWER;

EID: 84883035683     PISSN: 17545692     EISSN: 17545706     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c3ee23666h     Document Type: Review

References (153)

1. B. O'Regan M. Gratzel Nature 1991 353 737 740
2. C. W. Tang Appl. Phys. Lett. 1986 48 183
3. J. J. M. Halls C. A. Walsh N. C. Greenham E. A. Marseglia R. H. Friend S. C. Moratti A. B. Holmes Nature 1995 376 498 500
4. G. Yu J. Gao J. C. Hummelen F. Wudl A. J. Heeger Science 1995 270 1789 1791
5. G. Li R. Zhu Y. Yang Nat. Photonics 2012 6 153 161
6. Y. Yao C. Shi G. Li V. Shrotriya Q. Pei Y. Yang Appl. Phys. Lett. 2006 89 153507
7. C. R. McNeill S. Westenhoff C. Groves R. H. Friend N. C. Greenham J. Phys. Chem. C 2007 111 19153 19160
8. C. Groves J. C. Blakesley N. C. Greenham Nano Lett. 2010 10 1063 1069
9. C. R. McNeill N. C. Greenham Adv. Mater. 2009 21 3840 3850
10. P. Guyot-Sionnest M. A. Hines Appl. Phys. Lett. 1998 72 686 688
11. N. C. Greenham X. Peng A. P. Alivisatos Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1996 54 17628 17637
12. W. U. Huynh J. J. Dittmer A. P. Alivisatos Science 2002 295 2425 2427
13. B. Sun E. Marx N. C. Greenham Nano Lett. 2003 3 961 963
14. I. Gur N. A. Fromer C.-P. Chen A. G. Kanaras A. P. Alivisatos Nano Lett. 2007 7 409 414
15. Y. Zhou F. S. Riehle Y. Yuan H.-F. Schleiermacher M. Niggemann G. A. Urban M. Kruüger Appl. Phys. Lett. 2010 96 013304
16. S. Ren L.-Y. Chang S.-K. Lim J. Zhao M. Smith N. Zhao V. Bulović M. Bawendi S. Gradečak Nano Lett. 2011 11 3998 4002
17. B. Sun N. C. Greenham Phys. Chem. Chem. Phys. 2006 8 3557 3560
18. S. Dayal N. Kopidakis D. C. Olson D. S. Ginley G. Rumbles Nano Lett. 2010 10 239 242
19. H.-C. Chen C.-W. Lai I.-C. Wu H.-R. Pan I.-W. P. Chen Y.-K. Peng C.-L. Liu C.-H. Chen P.-T. Chou Adv. Mater. 2011 23 5451 5455
20. J. Seo M. J. Cho D. Lee A. N. Cartwright P. N. Prasad Adv. Mater. 2011 23 3984 3988
21. T. Rath M. Edler W. Haas A. Fischereder S. Moscher A. Schenk R. Trattnig M. Sezen G. Mauthner A. Pein D. Meischler K. Bartl R. Saf N. Bansal S. A. Haque F. Hofer E. J. W. List G. Trimmel Adv. Energy Mater. 2011 1 1046 1050
22. J. Bouclé J. Ackermann Polym. Int. 2012 61 355 373
23. T. Song S.-T. Lee B. Sun J. Mater. Chem. 2012 22 4216 4232
24. T. J. Bukowski J. H. Simmons Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2002 27 119 142
25. A. M. Smith S. Nie Acc. Chem. Res. 2010 43 190 200
26. S. Kumar T. Nann J. Mater. Res. 2004 19 1990 1994
27. S. A. McDonald G. Konstantatos S. Zhang P. W. Cyr E. J. D. Klem L. Levina E. H. Sargent Nature Mater. 2005 4 138 142
28. D. Cui J. Xu T. Zhu G. Paradee S. Ashok M. Gerhold Appl. Phys. Lett. 2006 88 183111
29. C.-Y. Liu Z. C. Holman U. R. Kortshagen Nano Lett. 2008 9 449 452
30. E. Arici H. Hoppe F. Schäffler D. Meissner M. A. Malik N. S. Sariciftci Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 2004 79 59 64
31. P. Reiss E. Couderc J. De Girolamo A. Pron Nanoscale 2011 3 446
32. J. Jasieniak M. Califano S. E. Watkins ACS Nano 2011 5 5888 5902
33. C. Y. Kuo W. C. Tang C. Gau T. F. Guo D. Z. Jeng Appl. Phys. Lett. 2008 93 033307
34. J. Wang F. Gao N. C. Greenham Appl. Phys. Lett. 2010 97 053301
35. T. Yamanari T. Taima J. Sakai K. Saito Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2009 93 759 761
36. T. Xu Q. Qiao Energy Environ. Sci. 2011 4 2700 2720
37. Y. Zhou Y. Li H. Zhong J. Hou Y. Ding C. Yang Y. Li Nanotechnology 2006 17 4041 4047
38. P. T. K. Chin J. W. Stouwdam S. S. van Bavel R. A. J. Janssen Nanotechnology 2008 19 205602
39. S. Zhang P. W. Cyr S. A. McDonald G. Konstantatos E. H. Sargent Appl. Phys. Lett. 2005 87 233101
40. A. A. R. Watt D. Blake J. H. Warner E. A. Thomsen E. L. Tavenner H. Rubinsztein-Dunlop P. Meredith J. Phys. D: Appl. Phys. 2005 38 2006 2012
41. K. M. Noone E. Strein N. C. Anderson P.-T. Wu S. A. Jenekhe D. S. Ginger Nano Lett. 2010 10 2635 2639
42. D. Qi M. Fischbein M. Drndić S. Šelmić Appl. Phys. Lett. 2005 86 093103
43. X. Jiang R. D. Schaller S. B. Lee J. M. Pietryga V. I. Klimov A. A. Zakhidov J. Mater. Res. 2011 22 2204 2210
44. Z. Tan T. Zhu M. Thein S. Gao A. Cheng F. Zhang C. Zhang H. Su J. Wang R. Henderson J. Hahm Y. Yang J. Xu Appl. Phys. Lett. 2009 95 063510
45. K. M. Noone N. C. Anderson N. E. Horwitz A. M. Munro A. P. Kulkarni D. S. Ginger ACS Nano 2009 3 1345 1352
46. R. Österbacka C. P. An X. M. Jiang Z. V. Vardeny Science 2000 287 839 842
47. E. Strein A. Colbert S. Subramaniyan H. Nagaoka C. W. Schlenker E. Janke S. A. Jenekhe D. S. Ginger Energy Environ. Sci. 2013 6 769 775
48. W. Ma J. M. Luther H. Zheng Y. Wu A. P. Alivisatos Nano Lett. 2009 9 1699 1703
49. R. Debnath J. Tang D. A. Barkhouse X. Wang A. G. Pattantyus-Abraham L. Brzozowski L. Levina E. H. Sargent J. Am. Chem. Soc. 2010 132 5952 5953
50. W. Ma S. L. Swisher T. Ewers J. Engel V. E. Ferry H. A. Atwater A. P. Alivisatos ACS Nano 2011 5 8140 8147
51. R. Debnath M. T. Greiner I. J. Kramer A. Fischer J. Tang D. A. R. Barkhouse X. Wang L. Levina Z.-H. Lu E. H. Sargent Appl. Phys. Lett. 2010 97 023109
52. J. Tang K. W. Kemp S. Hoogland K. S. Jeong H. Liu L. Levina M. Furukawa X. Wang R. Debnath D. Cha K. W. Chou A. Fischer A. Amassian J. B. Asbury E. H. Sargent Nature Mater. 2011 10 765 771
53. A. H. Ip S. M. Thon S. Hoogland O. Voznyy D. Zhitomirsky R. Debnath L. Levina L. R. Rollny G. H. Carey A. Fischer K. W. Kemp I. J. Kramer Z. Ning A. J. Labelle K. W. Chou A. Amassian E. H. Sargent Nat. Nanotechnol. 2012 7 577 582
54. E. H. Sargent Nat. Photonics 2012 6 133 135
55. A. Nozik Phys. E 2002 14 115 120
56. R. D. Schaller V. I. Klimov Phys. Rev. Lett. 2004 92 186601
57. R. J. Ellingson M. C. Beard J. C. Johnson P. Yu O. I. Micic A. J. Nozik A. Shabaev A. L. Efros Nano Lett. 2005 5 865 871
58. M. C. Beard A. G. Midgett M. Law O. E. Semonin R. J. Ellingson A. J. Nozik Nano Lett. 2009 9 836 845
59. O. E. Semonin J. M. Luther S. Choi H.-Y. Chen J. Gao A. J. Nozik M. C. Beard Science 2011 334 1530 1533
60. B. Ehrler M. W. B. Wilson A. Rao R. H. Friend N. C. Greenham Nano Lett. 2012 12 1053 1057
61. B. Ehrler B. J. Walker M. L. Böhm M. W. B. Wilson Y. Vaynzof R. H. Friend N. C. Greenham Nat. Commun. 2012 3 1019
62. M. B. Smith J. Michl Chem. Rev. 2010 110 6891 6936
63. W.-L. Chan M. Ligges A. Jailaubekov L. Kaake L. Miaja-Avila X.-Y. Zhu Science 2011 334 1541 1545
64. C.-Y. Liu Z. C. Holman U. R. Kortshagen Adv. Funct. Mater. 2010 20 2157 2164
65. B. Sun G. Zou X. Shen X. Zhang Appl. Phys. Lett. 2009 94 233504
66. Y. Yang H. Zhong Z. Bai B. Zou Y. Li G. D. Scholes J. Phys. Chem. C 2012 116 7280 7286
67. E. Arici N. s. Sariciftci D. Meissner Adv. Funct. Mater. 2003 13 165 171
68. S. Ren N. Zhao S. C. Crawford M. Tambe V. Bulović S. Gradečak Nano Lett. 2010 11 408 413
69. L. Wang Y. Liu X. Jiang D. Qin Y. Cao J. Phys. Chem. C 2007 111 9538 9542
70. H.-C. Liao S.-Y. Chen D.-M. Liu Macromolecules 2009 42 6558 6563
71. W. J. E. Beek M. M. Wienk R. a. J. Janssen Adv. Mater. 2004 16 1009 1013
72. L. J. A. Koster W. J. van Strien W. J. E. Beek P. W. M. Blom Adv. Funct. Mater. 2007 17 1297 1302
73. W. J. E. Beek M. M. Wienk M. Kemerink X. Yang R. A. J. Janssen J. Phys. Chem. B 2005 109 9505 9516
74. W. J. E. Beek M. M. Wienk R. a. J. Janssen Adv. Funct. Mater. 2006 16 1112 1116
75. W. J. E. Beek L. H. Slooff M. M. Wienk J. M. Kroon R. a. J. Janssen Adv. Funct. Mater. 2005 15 1703 1707
76. S. D. Oosterhout M. M. Wienk S. S. van Bavel R. Thiedmann L. Jan Anton Koster J. Gilot J. Loos V. Schmidt R. A. J. Janssen Nature Mater. 2009 8 818 824
77. C. Y. Kwong A. B. DjuriŠić P. C. Chui K. W. Cheng W. K. Chan Chem. Phys. Lett. 2004 384 372 375
78. P. A. Van Hal M. M. Wienk J. M. Kroon W. J. H. Verhees L. H. Slooff W. J. H. Van Gennip P. Jonkheijm R. A. J. Janssen Adv. Mater. 2003 15 118 121
79. L. H. Slooff M. M. Wienk J. M. Kroon Thin Solid Films 2004 451-452 634 638
80. J. Liu W. Wang H. Yu Z. Wu J. Peng Y. Cao Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2008 92 1403 1409
81. Y.-Y. Lin T.-H. Chu C.-W. Chen W.-F. Su Appl. Phys. Lett. 2008 92 053312
82. Y.-Y. Lin T.-H. Chu S.-S. Li C.-H. Chuang C.-H. Chang W.-F. Su C.-P. Chang M.-W. Chu C.-W. Chen J. Am. Chem. Soc. 2009 131 3644 3649
83. G. K. Mor S. Kim M. Paulose O. K. Varghese K. Shankar J. Basham C. A. Grimes Nano Lett. 2009 9 4250 4257
84. J. A. Chang J. H. Rhee S. H. Im Y. H. Lee H. Kim S. I. Seok M. K. Nazeeruddin M. Gratzel Nano Lett. 2010 10 2609 2612
85. W. Zhang R. Zhu F. Li Q. Wang B. Liu J. Phys. Chem. C 2011 115 7038 7043
86. W. U. Huynh X. Peng A. P. Alivisatos Adv. Mater. 1999 11 923 927
87. P. Wang A. Abrusci H. M. P. Wong M. Svensson M. R. Andersson N. C. Greenham Nano Lett. 2006 6 1789 1793
88. R. Kroon M. Lenes J. C. Hummelen P. W. M. Blom B. de Boer Polym. Rev. 2008 48 531 582
89. Y. Zhou M. Eck C. Veit B. Zimmermann F. Rauscher P. Niyamakom S. Yilmaz I. Dumsch S. Allard U. Scherf M. Krüger Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2011 95 1232 1237
90. D. Celik M. Krüger C. Veit H. F. Schleiermacher B. Zimmermann S. Allard I. Dumsch U. Scherf F. Rauscher P. Niyamakom Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2012 98 433 440
91. R. Zhou Y. Zheng L. Qian Y. Yang P. H. Holloway J. Xue Nanoscale 2012 4 3507 3514
92. L. A. A. Pettersson L. S. Roman O. Inganäs J. Appl. Phys. 1999 86 487
93. J. D. Myers W. Cao V. Cassidy S.-H. Eom R. Zhou L. Yang W. You J. Xue Energy Environ. Sci. 2012 5 6900 6904
94. L. Qian J. Yang R. Zhou A. Tang Y. Zheng T.-K. Tseng D. Bera J. Xue P. H. Holloway J. Mater. Chem. 2011 21 3814
95. J. Y. Kim K. Lee N. E. Coates D. Moses T.-Q. Nguyen M. Dante A. J. Heeger Science 2007 317 222 225
96. J. Gilot M. M. Wienk R. A. J. Janssen Appl. Phys. Lett. 2007 90 143512
97. O. Hagemann M. Bjerring N. C. Nielsen F. C. Krebs Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2008 92 1327 1335
98. J. Brédas J. Cornil A. J. Heeger Adv. Mater. 1996 8 447 452
99. M. Muntwiler Q. Yang W. A. Tisdale X.-Y. Zhu Phys. Rev. Lett. 2008 101 196403
100. P. W. M. Blom V. D. Mihailetchi L. J. A. Koster D. E. Markov Adv. Mater. 2007 19 1551 1566
101. V. Choong Y. Park Y. Gao T. Wehrmeister K. Müllen B. R. Hsieh C. W. Tang Appl. Phys. Lett. 1996 69 1492
102. J. J. M. Halls K. Pichler R. H. Friend S. C. Moratti A. B. Holmes Appl. Phys. Lett. 1996 68 3120
103. T. Stübinger W. Brütting J. Appl. Phys. 2001 90 3632
104. L. Lüer H.-J. Egelhaaf D. Oelkrug G. Cerullo G. Lanzani B.-H. Huisman D. de Leeuw Org. Electron. 2004 5 83 89
105. P. Peumans A. Yakimov S. R. Forrest J. Appl. Phys. 2003 93 3693
106. G. D. Scholes Annu. Rev. Phys. Chem. 2003 54 57 87
107. W. U. Huynh J. J. Dittmer W. C. Libby G. L. Whiting A. P. Alivisatos Adv. Funct. Mater. 2003 13 73 79
108. J. D. Olson G. P. Gray S. A. Carter Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2009 93 519 523
109. J. Seo W. J. Kim S. J. Kim K.-S. Lee A. N. Cartwright P. N. Prasad Appl. Phys. Lett. 2009 94 133302
110. E. J. D. Klem D. D. MacNeil P. W. Cyr L. Levina E. H. Sargent Appl. Phys. Lett. 2007 90 183113
111. J. M. Luther M. Law M. C. Beard Q. Song M. O. Reese R. J. Ellingson A. J. Nozik Nano Lett. 2008 8 3488 3492
112. Y. Wu G. Zhang Nano Lett. 2010 10 1628 1631
113. M. J. Greaney S. Das D. H. Webber S. E. Bradforth R. L. Brutchey ACS Nano 2012 6 4222 4230
114. D. H. Webber R. L. Brutchey J. Am. Chem. Soc. 2011 134 1085 1092
115. J. Seo S. J. Kim W. J. Kim R. Singh M. Samoc A. N. Cartwright P. N. Prasad Nanotechnology 2009 20 095202
116. J. E. B. Katari V. L. Colvin A. P. Alivisatos J. Phys. Chem. 1994 98 4109 4117
117. M. Kuno J. K. Lee B. O. Dabbousi F. V. Mikulec M. G. Bawendi J. Chem. Phys. 1997 106 9869 9882
118. B. von Holt S. Kudera A. Weiss T. E. Schrader L. Manna W. J. Parak M. Braun J. Mater. Chem. 2008 18 2728 2732
119. I. Lokteva N. Radychev F. Witt H. Borchert J. Parisi J. Kolny-Olesiak J. Phys. Chem. C 2010 114 12784 12791
120. N. Radychev I. Lokteva F. Witt J. Kolny-Olesiak H. Borchert J. Parisi J. Phys. Chem. C 2011 115 14111 14122
121. M. Schädel K. F. Jeltsch P. Niyamakom F. Rauscher Y. Zhou M. Krüger K. Meerholz J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2012 50 75 82
122. D. J. Milliron A. P. Alivisatos C. Pitois C. Edder J. M. J. Fréchet Adv. Mater. 2003 15 58 61
123. J. Locklin D. Patton S. Deng A. Baba M. Millan R. C. Advincula Chem. Mater. 2004 16 5187 5193
124. Y.-C. Huang J.-H. Hsu Y.-C. Liao W.-C. Yen S.-S. Li S.-T. Lin C.-W. Chen W.-F. Su J. Mater. Chem. 2011 21 4450
125. J. Liu T. Tanaka K. Sivula A. P. Alivisatos J. M. J. Fréchet J. Am. Chem. Soc. 2004 126 6550 6551
126. S. D. Oosterhout L. J. A. Koster S. S. van Bavel J. Loos O. Stenzel R. Thiedmann V. Schmidt B. Campo T. J. Cleij L. Lutzen D. Vanderzande M. M. Wienk R. A. J. Janssen Adv. Energy Mater. 2011 1 90 96
127. S. S. van Bavel E. Sourty G. de With J. Loos Nano Lett. 2008 9 507 513
128. A. L. Briseno T. W. Holcombe A. I. Boukai E. C. Garnett S. W. Shelton J. J. M. Fréchet P. Yang Nano Lett. 2009 10 334 340
129. D. J. D. Moet L. J. A. Koster B. de Boer P. W. M. Blom Chem. Mater. 2007 19 5856 5861
130. A. Watt E. Thomsen P. Meredith H. Rubinsztein-Dunlop Chem. Commun. 2004 2334 2335
131. A. A. R. Watt P. Meredith J. D. Riches S. Atkinson H. Rubinsztein-Dunlop Curr. Appl. Phys. 2004 4 320 322
132. H. C. Leventis S. P. King A. Sudlow M. S. Hill K. C. Molloy S. A. Haque Nano Lett. 2010 10 1253 1258
133. S. Dowland T. Lutz A. Ward S. P. King A. Sudlow M. S. Hill K. C. Molloy S. A. Haque Adv. Mater. 2011 23 2739 2744
134. C. Deibel V. Dyakonov Rep. Prog. Phys. 2010 73 096401
135. F. Gao, Z. Li, J. Wang, A. Rao, I. A. Howard, A. Abrusci, S. Massip, C. R. McNeill and N. C. Greenham, ACS Nano, submitted
136. B. Sun H. J. Snaith A. S. Dhoot S. Westenhoff N. C. Greenham J. Appl. Phys. 2005 97 014914
137. L. Han D. Qin X. Jiang Y. Liu L. Wang J. Chen Y. Cao Nanotechnology 2006 17 4736 4742
138. J. C. Hindson Z. Saghi J.-C. Hernandez-Garrido P. A. Midgley N. C. Greenham Nano Lett. 2011 11 904 909
139. M.-C. Wu C.-H. Chang H.-H. Lo Y.-S. Lin Y.-Y. Lin W.-C. Yen W.-F. Su Y.-F. Chen C.-W. Chen J. Mater. Chem. 2008 18 4097
140. Y. Zhou M. Eck C. Men F. Rauscher P. Niyamakom S. Yilmaz I. Dumsch S. Allard U. Scherf M. Krüger Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2011 95 3227 3232
141. K. F. Jeltsch M. Schädel J.-B. Bonekamp P. Niyamakom F. Rauscher H. W. A. Lademann I. Dumsch S. Allard U. Scherf K. Meerholz Adv. Funct. Mater. 2012 22 397 404
142. J. Yang A. Tang R. Zhou J. Xue Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2011 95 476 482
143. A. Lefrançois E. Couderc J. Faure-Vincent S. Sadki A. Pron P. Reiss J. Mater. Chem. 2011 21 11524 11531
144. J. A. Merlo C. D. Frisbie J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2003 41 2674 2680
145. D. Ginger N. Greenham Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1999 59 10622 10629
146. M. D. Heinemann K. von Maydell F. Zutz J. Kolny-Olesiak H. Borchert I. Riedel J. Parisi Adv. Funct. Mater. 2009 19 3788 3795
147. J. Albero Y. Zhou M. Eck F. Rauscher P. Niyamakom I. Dumsch S. Allard U. Scherf M. Krüger E. Palomares Chem. Sci. 2011 2 2396 2401
148. J. Albero E. Martínez-Ferrero J. Ajuria C. Waldauf R. Pacios E. Palomares Phys. Chem. Chem. Phys. 2009 11 9644 9647
149. G. Grancini M. Biasiucci R. Mastria F. Scotognella F. Tassone D. Polli G. Gigli G. Lanzani J. Phys. Chem. Lett. 2012 3 517 523
150. Z. Li F. Gao N. C. Greenham C. R. McNeill Adv. Funct. Mater. 2011 21 1419 1431
151. K. M. Noone S. Subramaniyan Q. Zhang G. Cao S. A. Jenekhe D. S. Ginger J. Phys. Chem. C 2011 115 24403 24410
152. A. Kirkeminde B. A. Ruzicka R. Wang S. Puna H. Zhao S. Ren ACS Appl. Mater. Interfaces 2012 4 1174 1177
153. M. Gong A. Kirkeminde Y. Xie R. Lu J. Liu J. Z. Wu S. Ren Adv. Opt. Mater. 2013 1 78 83