Quantification of nano- and mesoscale phase separation and relation to donor and acceptor quantum efficiency, Jsc, and FF in polymer:Fullerene solar cells

Advanced Materials

Volumn 26, Issue 25, 2014, Pages 4234-4241

  Ma, Wei ^a   Tumbleston, John R ^a   Ye, Long ^b,c   Wang, Cheng ^d   Hou, Jianhui ^b   Ade, Harald ^a  

^a NORTH CAROLINA STATE UNIVERSITY   (United States)

^b INSTITUTE OF GEOLOGY AND GEOPHYSICS   (China)

^c UNIVERSITY OF CHINESE ACADEMY OF SCIENCES   (China)

^d LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

domain purity; hierarchical morphology; organic solar cells; quantum efficiency; resonant soft X ray scattering

Indexed keywords

EFFICIENCY; FULLERENES; MORPHOLOGY; ORGANIC SOLAR CELLS; PHASE SEPARATION; X RAY SCATTERING; X RAYS;

CHARACTERISTIC LENGTH; COMPOSITION VARIATION; DEVICE PERFORMANCE; DOMAIN PURITY; DONOR AND ACCEPTOR; HIERARCHICAL MORPHOLOGY; POLYMER-FULLERENE BLENDS; SOFT X-RAY;

QUANTUM EFFICIENCY;

EID: 84903724646     PISSN: 09359648     EISSN: 15214095     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adma.201400216     Document Type: Article

References (63)

1. T. Agostinelli, S. Lilliu, J. G. Labram, M. Campoy-Quiles, M. Hampton, E. Pires, J. Rawle, O. Bikondoa, D. D. C. Bradley, T. D. Anthopoulos, J. Nelson, J. E. Macdonald, Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 1701-1708.
2. T. L. Benanti, D. Venkataraman, Photosynth. Res. 2006, 87, 73-81.
3. C.-Y. Chang, Y.-J. Cheng, S.-H. Hung, J.-S. Wu, W.-S. Kao, C.-H. Lee, C.-S. Hsu, Adv. Mater. 2012, 24, 549-553.
4. D. Chen, A. Nakahara, D. Wei, D. Nordlund, T. P. Russell, Nano Lett. 2011, 11, 561-567.
5. W. Chen, T. Xu, F. He, W. Wang, C. Wang, J. Strzalka, Y. Liu, J. Wen, D. J. Miller, J. Chen, K. Hong, L. Yu, S. B. Darling, Nano Lett. 2011, 11, 3707-3713.
6. B. A. Collins, J. E. Cochran, H. Yan, E. Gann, C. Hub, R. Fink, C. Wang, T. Schuettfort, C. R. McNeill, M. L. Chabinyc, H. Ade, Nat. Mater. 2012, 11, 536-543.
7. B. A. Collins, H. Ade, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2012, 185, 119-128.
8. B. A. Collins, J. R. Tumbleston, H. Ade, J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 3135-3145.
9. X. He, B. A. Collins, B. Watts, H. Ade, C. R. McNeill, Small 2012, 8, 1920-1927.
10. A. Herzing, L. J. Richter, I. M. Anderson, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 17501-17508.
11. C. R. McNeill, H. Ade, J. Mater. Chem. C 2013, 1, 187-201.
12. B. P. Rand, D. Cheyns, K. Vasseur, N. C. Giebink, S. Mothy, Y. Yi, V. Coropceanu, D. Beljonne, J. Cornil, J.-L. Brédas, J. Genoe, Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 2987-2995.
13. B. A. Collins, Z. Li, J. R. Tumbleston, E. Gann, C. R. McNeill, H. Ade, Adv. Energy Mater. 2013, 3, 65-74.
14. L. Dou, J. You, J. Yang, C.-C. Chen, Y. He, S. Murase, T. Moriarty, K. Emery, G. Li, Y. Yang, Nat. Photonics 2012, 6, 180-185.
15. Z. He, C. Zhong, S. Su, M. Xu, H. Wu, Y. Cao, Nat. Photonics 2012, 6, 591-595.
16. H.-Y. Chen, J. Hou, S. Zhang, Y. Liang, G. Yang, Y. Yang, L. Yu, Y. Wu, G. Li, Nat. Photonics 2009, 3, 649-653.
17. G. Li, R. Zhu, Y. Yang, Nat. Photonics 2012, 6, 153-161.
18. G. Li, V. Shrotriya, J. Huang, Y. Yao, T. Moriarty, K. Emery, Y. Yang, Nat. Mater. 2005, 4, 864-868.
19. J. Chen, Y. Cao, Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1709-1718.
20. D. Qian, W. Ma, Z. Li, X. Guo, S. Zhang, L. Ye, H. Ade, Z. Tan, J. Hou, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 8464-8467.
21. X. Guo, M. Zhang, J. Tan, S. Zhang, L. Huo, W. Hu, Y. Li, J. Hou, Adv. Mater. 2012, 24, 6536-6541.
22. W. Ma, J. Y. Kim, K. Lee, A. J. Heeger, Macromol. Rapid Commun. 2007, 28, 1776-1780.
23. W. Ma, J. Tumbleston, M. Wang, E. Gann, F. Huang, H. Ade, Adv. Energy Mater. 2013, 3, 864-872.
24. G. Li, Y. Yao, H. Yang, V. Shrotriya, G. Yang, Y. Yang, Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 1636-1644.
25. L. Ye, S. Zhang, W. Ma, B. Fan, X. Guo, Y. Huang, H. Ade, J. Hou, Adv. Mater. 2012, 24, 6335-6341.
26. J. Peet, J. Y. Kim, N. E. Coates, W. L. Ma, D. Moses, a. J. Heeger, G. C. Bazan, Nat. Mater. 2007, 6, 497-500.
27. V. D. Mihailetchi, H. X. Xie, B. de Boer, L. J. A. Koster, P. W. M. Blom, Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 699-708.
28. P. E. Shaw, A. Ruseckas, I. D. W. Samuel, Adv. Mater. 2008, 20, 3516-3520.
29. L.-J. Zuo, X.-L. Hu, T. Ye, T. R. Andersen, H.-Y. Li, M.-M. Shi, M. Xu, J. Ling, Q. Zheng, J.-T. Xu, E. Bundgaard, F. C. Krebs, H.-Z. Chen, J. Phys. Chem. C 2012, 116, 16893-16900.
30. B. Walker, A. Tamayo, D. T. Duong, X.-D. Dang, C. Kim, J. Granstrom, T.-Q. Nguyen, Adv. Energy Mater. 2011, 1, 221-229.
31. J. T. Rogers, K. Schmidt, M. F. Toney, E. J. Kramer, G. C. Bazan, Adv. Mater. 2011, 23, 2284-2288.
32. W. Yin, M. Dadmun, ACS Nano 2011, 5, 4756-4768.
33. F. C. Jamieson, E. B. Domingo, T. McCarthy-Ward, M. Heeney, N. Stingelin, J. R. Durrant, Chem. Sci. 2012, 3, 485-492.
34. J. A. Bartelt, Z. M. Beiley, E. T. Hoke, W. R. Mateker, J. D. Douglas, B. A. Collins, J. R. Tumbleston, K. R. Graham, A. Amassian, H. Ade, J. M. J. Frechet, M. F. Toney, M. D. McGehee, Adv. Energy Mater. 2013, 3, 364-374.
35. M. Pfannmöller, H. Flügge, G. Benner, I. Wacker, C. Sommer, M. Hanselmann, S. Schmale, H. Schmidt, F. Hamprecht, T. Rabe, W. Kowalsky, R. R. Schröder, Nano Lett. 2011, 11, 3099-3107.
36. N. D. Treat, M. Brady, G. Smith, M. F. Toney, E. J. Kramer, C. J. Hawker, M. L. Chabinyc, Adv. Energy Mater. 2011, 1, 82-89.
37. B. A. Collins, E. Gann, L. Guignard, X. He, C. R. McNeill, H. Ade, J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 3160-3166.
38. N. D. Treat, A. Varotto, C. J. Takacs, N. Batara, M. Al-hashimi, M. J. Heeney, A. J. Heeger, F. Wudl, C. J. Hawker, M. L. Chabinyc, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 15869-15879.
39. B. W. Boudouris, V. Ho, L. H. Jimison, M. F. Toney, A. Salleo, R. A. Segalman, Macromolecules 2011, 44, 6653-6658.
40. A. C. Mayer, M. F. Toney, S. R. Scully, J. Rivnay, C. J. Brabec, M. Scharber, M. Koppe, M. Heeney, I. McCulloch, M. D. McGehee, Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 1173-1179.
41. J. L. Bredas, R. Silbey, D. S. Boudreaux, R. R. Chance, J. Am. Chem. Soc. 1983, 371, 6555-6559.
42. O. G. Reid, J. a. N. Malik, G. Latini, S. Dayal, N. Kopidakis, C. Silva, N. Stingelin, G. Rumbles, J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2012, 50, 27-37.
43. R. R. Lunt, N. C. Giebink, A. A. Belak, J. B. Benziger, S. R. Forrest, J. Appl. Phys. 2009, 105, 053711.
44. B. P. Lyons, N. Clarke, C. Groves, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 7657-7663.
45. F. Reisdorffer, O. Haas, P. Le Rendu, T. P. Nguyen, Synth. Met. 2012, 161, 2544-2548.
46. S. Albrecht, S. Janietz, W. Schindler, J. Frisch, J. Kurpiers, J. Kniepert, S. Inal, P. Pingel, K. Fostiropoulos, N. Koch, D. Neher, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 14932-14944.
47. S. Bertho, W. D. Oosterbaan, V. Vrindts, J. D'Haen, T. J. Cleij, L. Lutsen, J. Manca, D. Vanderzande, Org. Electron. 2009, 10, 1248-1251.
48. F. Liu, Y. Gu, C. Wang, W. Zhao, D. Chen, A. L. Briseno, T. P. Russell, Adv. Mater. 2012, 24, 3947-3951.
49. A. Stuart, J. R. Tumbleston, H. Zhou, H. Ade, W. Li, W. You, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 1806-1815.
50. H. Yan, S. Swaraj, C. Wang, I. Hwang, N. C. Greenham, C. Groves, H. Ade, C. R. McNeill, Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 4329-4337.
51. W. Ma, L. Ye, S. Zhang, J. Hou, H. Ade, J. Mater. Chem. C 2013, 1, 5023-5030.
52. S. Swaraj, C. Wang, H. Yan, B. Watts, J. Lüning, C. R. McNeill, H. Ade, Nano Lett. 2010, 10, 2863-2869.
53. H. Yan, B. A. Collins, E. Gann, C. Wang, H. Ade, ACS Nano 2012, 6, 677-688.
54. M. Turbiez, D. M. De Leeuw, A. J. Janssen, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16616-16617.
55. C. Guo, Y. Lin, M. D. Witman, K. A. Smith, C. Wang, A. Hexemer, J. Strzalka, E. D. Gomez, R. Verduzco, Nano Lett. 2013, 13, 2957-2963.
56. T. Coffey, S. Urquhart, H. Ade, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2002, 122, 65-78.
57. A. L. D. Kilcoyne, T. Tyliszczak, W. F. Steele, S. Fakra, P. Hitchcock, K. Franck, E. Anderson, B. Harteneck, E. G. Rightor, G. E. Mitchell, A. P. Hitchcock, L. Yang, T. Warwick, H. Ade, J. Synchrotron Radiat. 2003, 10, 125-136.
58. B. A. Collins, Z. Li, C. R. McNeill, H. Ade, Macromolecules 2011, 44, 9747-9751.
59. N. Stribeck, X-Ray Scattering of Soft Matter, Springer, Heidelberg, Germany 2007.
60. S. Albrecht, W. Schindler, J. Kurpiers, J. Kniepert, J. C. Blakesley, I. Dumsch, S. Allard, K. Fostiropoulos, U. Scherf, D. Neher, J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 640-645.
61. W. Li, A. Furlan, K. H. Hendriks, M. M. Wienk, R. A. J. Janssen, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5529-5532.
62. A. Hexemer, W. Bras, J. Glossinger, E. Schaible, E. Gann, R. Kirian, A. MacDowell, M. Church, B. Rude, H. Padmore, J. Phys. Conf. Ser. 2010, 247, 012007.
63. E. Gann, A. T. Young, B. A. Collins, H. Yan, J. Nasiatka, H. A. Padmore, H. Ade, A. Hexemer, C. Wang, Rev. Sci. Instrum. 2012, 83, 045110.