Correlated donor/acceptor crystal orientation controls photocurrent generation in all-polymer solar cells

Advanced Functional Materials

Volumn 24, Issue 26, 2014, Pages 4068-4081

  Schubert, Marcel ^a   Collins, Brian A ^b,c   Mangold, Hannah ^d   Howard, Ian A ^d   Schindler, Wolfram ^f   Vandewal, Koen ^e   Roland, Steffen ^a   Behrends, Jan ^g   Kraffert, Felix ^g   Steyrleuthner, Robert ^a,g   Chen, Zhihua ^h   Fostiropoulos, Konstantinos ^f   Bittl, Robert ^g   Salleo, Alberto ^e   Facchetti, Antonio ^h   Laquai, Frédéric ^d   Ade, Harald W ^b   Neher, Dieter ^a  

^a UNIVERSITY OF POTSDAM   (Germany)

^b NORTH CAROLINA STATE UNIVERSITY   (United States)

^c NATIONAL INSTITUTE OF STANDARDS AND TECHNOLOGY   (United States)

^d MAX PLANCK INSTITUTE FOR POLYMER RESEARCH   (Germany)

^e HAHN MEITNER INSTITUT   (Germany)

^f Stanford University   (United States)

^g FREIE UNIVERSITÄT BERLIN   (Germany)

^h POLYERA CORPORATION   (United States)

Author keywords

alternative acceptors; charge transfer state recombination; organic solar cells; photocurrent generation; polymer crystals

Indexed keywords

CRYSTAL ORIENTATION; FULLERENES;

ALTERNATIVE ACCEPTORS; CHARGE TRANSFER STATE; ORGANIC SOLAR CELL; PHOTOCURRENT GENERATIONS; POLYMER CRYSTALS;

SOLAR CELLS;

EID: 84904161275     PISSN: 1616301X     EISSN: 16163028     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adfm.201304216     Document Type: Article

References (77)

1. Z. He, C. Zhong, S. Su, M. Xu, H. Wu, Y. Cao, Nat. Photonics 2012, 6, 591.
2. S. H. Park, A. Roy, S. Beaupre, S. Cho, N. Coates, J. S. Moon, D. Moses, M. Leclerc, K. Lee, A. J. Heeger, Nat. Photonics 2009, 3, 297.
3. J. Peet, J. Y. Kim, N. E. Coates, W. L. Ma, D. Moses, A. J. Heeger, G. C. Bazan, Nat. Mater. 2007, 6, 497.
4. T. Kietzke, H. H. Horhold, D. Neher, Chem. Mater. 2005, 17, 6532.
5. X. M. He, F. Gao, G. L. Tu, D. Hasko, S. Huttner, U. Steiner, N. C. Greenham, R. H. Friend, W. T. S. Huck, Nano Lett. 2010, 10, 1302.
6. E. J. Zhou, J. Z. Cong, Q. S. Wei, K. Tajima, C. H. Yang, K. Hashimoto, Angew. Chem. Int. Edit. 2011, 50, 2799.
7. D. Mori, H. Benten, H. Ohkita, S. Ito, K. Miyake, ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 3325.
8. A. Facchetti, Mater. Today 2013, 16, 123.
9. See definition of CTS under: http://goldbook.iupac.org/C01006.html (accessed: June 2013).
10. K. Vandewal, A. Gadisa, W. D. Oosterbaan, S. Bertho, F. Banishoeib, I. Van Severen, L. Lutsen, T. J. Cleij, D. Vanderzande, J. V. Manca, Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 2064.
11. C. Yin, T. Kietzke, D. Neher, H. H. Horhold, Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 092117.
12. C. Yin, M. Schubert, S. Bange, B. Stiller, M. Castellani, D. Neher, M. Kumke, H. H. Horhold, J. Phys. Chem. C 2008, 112, 14607.
13. J. M. Hodgkiss, A. R. Campbell, R. A. Marsh, A. Rao, S. Albert-Seifried, R. H. Friend, Phys. Rev. Lett. 2010, 104, 177701.
14. S. Westenhoff, I. A. Howard, J. M. Hodgkiss, K. R. Kirov, H. A. Bronstein, C. K. Williams, N. C. Greenham, R. H. Friend, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13653.
15. C. Deibel, T. Strobel, V. Dyakonov, Phys. Rev. Lett. 2009, 103, 036402.
16. D. H. K. Murthy, M. Gao, M. J. W. Vermeulen, L. D. A. Siebbeles, T. J. Savenije, J. Phys. Chem. C 2012, 116, 9214.
17. A. A. Bakulin, A. Rao, V. G. Pavelyev, P. H. M. van Loosdrecht, M. S. Pshenichnikov, D. Niedzialek, J. r. m. Cornil, D. Beljonne, R. H. Friend, Science 2012, 335, 1340.
18. M. C. Heiber, A. Dhinojwala, J. Chem. Phys. 2012, 137, 014903.
19. H. Tamura, I. Burghardt, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16364.
20. P. H. Wobkenberg, D. D. C. Bradley, D. Kronholm, J. C. Hummelen, D. M. de Leeuw, M. Colle, T. D. Anthopoulos, Synth. Met. 2008, 158, 468.
21. C.-Z. Li, C.-C. Chueh, H.-L. Yip, J. Zou, W.-C. Chen, A. K. Y. Jen, J. Mater. Chem. 2012, 22, 14976.
22. C. R. McNeill, A. Abrusci, J. Zaumseil, R. Wilson, M. J. McKiernan, J. H. Burroughes, J. J. M. Halls, N. C. Greenham, R. H. Friend, Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 193506.
23. R. A. Marsh, C. Groves, N. C. Greenham, J. Appl. Phys. 2007, 101, 083509.
24. H. Yan, Z. H. Chen, Y. Zheng, C. Newman, J. R. Quinn, F. Dotz, M. Kastler, A. Facchetti, Nature 2009, 457, 679.
25. X. Guo, F. S. Kim, M. J. Seger, S. A. Jenekhe, M. D. Watson, Chem. Mater. 2012, 24, 1434.
26. S. Cho, J. Lee, M. Tong, J. H. Seo, C. Yang, Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 1910.
27. J. Li, Y. Zhao, H. S. Tan, Y. Guo, C.-A. Di, G. Yu, Y. Liu, M. Lin, S. H. Lim, Y. Zhou, H. Su, B. S. Ong, Sci. Rep. 2012, 2.
28. J. H. Park, E. H. Jung, J. W. Jung, W. H. Jo, Adv. Mater. 2013, 25, 2583.
29. J. Lee, A. R. Han, H. Yu, T. J. Shin, C. Yang, J. H. Oh, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 9540.
30. R. Steyrleuthner, M. Schubert, F. Jaiser, J. C. Blakesley, Z. Chen, A. Facchetti, D. Neher, Adv. Mater. 2010, 22, 2799.
31. J. C. Blakesley, M. Schubert, R. Steyrleuthner, Z. H. Chen, A. Facchetti, D. Neher, Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 183310.
32. T. Schuettfort, S. Huettner, S. Lilliu, J. E. Macdonald, L. Thomsen, C. R. McNeill, Macromolecules 2011, 44, 1530.
33. J. Rivnay, M. F. Toney, Y. Zheng, I. V. Kauvar, Z. H. Chen, V. Wagner, A. Facchetti, A. Salleo, Adv. Mater. 2010, 22, 4359.
34. J. Rivnay, R. Steyrleuthner, L. H. Jimison, A. Casadei, Z. H. Chen, M. F. Toney, A. Facchetti, D. Neher, A. Salleo, Macromolecules 2011, 44, 5246.
35. R. Steyrleuthner, M. Schubert, I. Howard, B. Klaumünzer, K. Schilling, Z. Chen, P. Saalfrank, F. Laquai, A. Facchetti, D. Neher, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18303.
36. J. B. Kim, S. Lee, M. F. Toney, Z. Chen, A. Facchetti, Y. S. Kim, Y.-L. Loo, Chem. Mater. 2010, 22, 4931.
37. S. Fabiano, Z. Chen, S. Vahedi, A. Facchetti, B. Pignataro, M. A. Loi, J. Mater. Chem. 2011, 21, 5891.
38. J. R. Moore, S. Albert-Seifried, A. Rao, S. Massip, B. Watts, D. J. Morgan, R. H. Friend, C. R. McNeill, H. Sirringhaus, Adv. Energy Mater. 2011, 1, 230.
39. T. W. Holcombe, J. E. Norton, J. Rivnay, C. H. Woo, L. Goris, C. Piliego, G. Griffini, A. Sellinger, J.-L. Brédas, A. Salleo, J. M. J. Fréchet, J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 12106.
40. M. Schubert, D. Dolfen, J. Frisch, S. Roland, R. Steyrleuthner, B. Stiller, Z. H. Chen, U. Scherf, N. Koch, A. Facchetti, D. Neher, Adv. Energy Mater. 2012, 2, 369.
41. K. Vandewal, S. Albrecht, E. T. Hoke, K. R. Graham, J. Widmer, J. D. Douglas, M. Schubert, W. R. Mateker, J. T. Bloking, G. F. Burkhard, A. Sellinger, J. M. J. Fréchet, A. Amassian, M. K. Riede, M. D. McGehee, D. Neher, A. Salleo, Nat. Mater. 2014, 13, 63.
42. J. Lee, K. Vandewal, S. R. Yost, M. E. Bahlke, L. Goris, M. A. Baldo, J. V. Manca, T. Van Voorhis, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11878.
43. L. Goris, K. Haenen, M. Nesladek, P. Wagner, D. Vanderzande, L. De Schepper, J. D'Haen, L. Lutsen, J. V. Manca, J. Mater. Sci. 2005, 40, 1413.
44. J. J. Benson-Smith, L. Goris, K. Vandewal, K. Haenen, J. V. Manca, D. Vanderzande, D. D. C. Bradley, J. Nelson, Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 451.
45. K. Vandewal, K. Tvingstedt, A. Gadisa, O. Inganas, J. V. Manca, Nat. Mater. 2009, 8, 904.
46. 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.
47. H. P. Yan, B. A. Collins, E. Gann, C. Wang, H. Ade, C. R. McNeill, ACS Nano 2012, 6, 677.
48. D. P. McMahon, D. L. Cheung, A. Troisi, J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 2737.
49. F. C. Jamieson, E. B. Domingo, T. McCarthy-Ward, M. Heeney, N. Stingelin, J. R. Durrant, Chem. Sci. 2012, 3, 485.
50. H. Sirringhaus, P. J. Brown, R. H. Friend, M. M. Nielsen, K. Bechgaard, B. M. W. Langeveld-Voss, A. J. H. Spiering, R. A. J. Janssen, E. W. Meijer, P. Herwig, D. M. de Leeuw, Nature 1999, 401, 685.
51. J. L. Baker, L. H. Jimison, S. Mannsfeld, S. Volkman, S. Yin, V. Subramanian, A. Salleo, A. P. Alivisatos, M. F. Toney, Langmuir 2010, 26, 9146.
52. M. R. Hammond, R. J. Kline, A. A. Herzing, L. J. Richter, D. S. Germack, H.-W. Ro, C. L. Soles, D. A. Fischer, T. Xu, L. Yu, M. F. Toney, D. M. DeLongchamp, ACS Nano 2012, 5, 8248.
53. R. Steyrleuthner, R. Di Pietro, B. A. Collins, F. Polzer, S. Himmelberger, M. Schubert, Z. Chen, S. Zhang, A. Salleo, H. Ade, A. Facchetti, D. Neher, J. Am. Chem. Soc. 2014, DOI: 10.1021/ja4118736.
54. H. W. Ro, B. Akgun, B. T. O'Connor, M. Hammond, R. J. Kline, C. R. Snyder, S. K. Satija, A. L. Ayzner, M. F. Toney, C. L. Soles, D. M. DeLongchamp, Macromolecules 2012, 45, 6587.
55. N. S. Sariciftci, L. Smilowitz, A. J. Heeger, F. Wudl, Science 1992, 258, 1474.
56. R. Di Pietro, H. Sirringhaus, Adv. Mater. 2012, 24, 3367.
57. I. A. Howard, R. Mauer, M. Meister, F. Laquai, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14866.
58. J. M. Guo, H. Ohkita, H. Benten, S. Ito, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6154.
59. S. Fabiano, S. Himmelberger, M. Drees, Z. Chen, R. M. Altamimi, A. Salleo, M. A. Loi, A. Facchetti, Adv. Energy Mater. 2014, DOI: 10.1002/aenm.201301409.
60. 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.
61. T. J. Savenije, J. E. Kroeze, X. N. Yang, J. Loos, Thin Solid Films 2006, 511, 2.
62. F. Piersimoni, S. Chambon, K. Vandewal, R. Mens, T. Boonen, A. Gadisa, M. Izquierdo, S. Filippone, B. Ruttens, J. D'Haen, N. Martin, L. Lutsen, D. Vanderzande, P. Adriaensens, J. V. Manca, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 10873.
63. G. D'Avino, S. Mothy, L. Muccioli, C. Zannoni, L. Wang, J. Cornil, D. Beljonne, F. Castet, J. Phys. Chem. C 2013, 117, 12981.
64. F. C. Spano, J. Chem. Phys. 2005, 122, 234701.
65. S. T. Turner, P. Pingel, R. Steyrleuthner, E. J. W. Crossland, S. Ludwigs, D. Neher, Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 4640.
66. D. Caruso, A. Troisi, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 109, 13498.
67. H. Tamura, M. Tsukada, Phys. Rev. B 2012, 85, 054301.
68. H. Tamura, I. Burghardt, J. Phys. Chem. C 2013, 117, 15020.
69. R. F. Fink, J. Seibt, V. Engel, M. Renz, M. Kaupp, S. Lochbrunner, H. M. Zhao, J. Pfister, F. Wurthner, B. Engels, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1 2858.
70. D. Mori, H. Benten, I. Okada, H. Ohkita, S. Ito, Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1301006.
71. https://github.com/EFTEMj (accessed November 2013).
72. P. Thevenaz, U. E. Ruttimann, M. Unser, Image Processing, IEEE Transactions on 1998, 7, 27.
73. http://bigwww.epfl.ch/thevenaz/turboreg (accessed November 2013).
74. E. Gann, A. T. Young, B. A. Collins, H. Yan, J. Nasiatka, H. A. Padmore, H. Ade, A. Hexemer, C. Wang, Rev. Sci. Instruments 2012, 83, 045110
75. 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. Synch. Rad. 2003, 10, 125.
76. B. A. Collins, Z. Li, J. R. Tumbleston, E. Gann, C. R. McNeill, H. Ade, Adv. Energy Mater. 2013, 3, 65.
77. A. Hexemer, W. Bras, J. Glossinger, E. Schaible, E. Gann, R. Kirian, A. MacDowell, M. Church, B. Rude, H. Padmore, J. Phys. Conf. Series 2010, 247, 012007.