Interfacial engineering of P3HT/ZnO hybrid solar cells using phthalocyanines: A joint theoretical and experimental investigation

Advanced Energy Materials

Volumn 4, Issue 12, 2014, Pages

  Mattioli, Giuseppe ^a   Dkhil, Sadok Ben ^b   Saba, Maria Ilenia ^c   Malloci, Giuliano ^c   Melis, Claudio ^c   Alippi, Paola ^a   Filippone, Francesco ^a   Giannozzi, Paolo ^d   Thakur, Anil Kumar ^b   Gaceur, Meriem ^b   Margeat, Olivier ^b   Diallo, Abdou Karim ^b   Videlot Ackermann, Christine ^b   Ackermann, Jörg ^b   Bonapasta, Aldo Amore ^a   Mattoni, Alessandro ^c  

^a CNR   (Italy)

^b AIX MARSEILLE UNIVERSITÉ   (France)

^c UNIVERSITY OF CAGLIARI   (Italy)

^d UNIVERSITY OF UDINE   (Italy)

Author keywords

atomistic modeling; interface properties; optical properties; photovoltaic devices; solar cells

Indexed keywords

CELL ENGINEERING; CHARGE CARRIERS; FORECASTING; HETEROJUNCTIONS; II-VI SEMICONDUCTORS; OPEN CIRCUIT VOLTAGE; OPTICAL PROPERTIES; OXIDE MINERALS; SOLAR CELLS; SOLAR POWER GENERATION; ZINC OXIDE;

ATOMISTIC MODELING; CHARGE CARRIER RECOMBINATION; EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS; HETEROJUNCTION INTERFACES; HYBRID POLYMER SOLAR CELLS; INTERFACE PROPERTY; PHOTOVOLTAIC DEVICES; PHOTOVOLTAIC PERFORMANCE;

POLYMER SOLAR CELLS;

EID: 84906783852     PISSN: 16146832     EISSN: 16146840     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/aenm.201301694     Document Type: Article

References (99)

1. Z. He, C. Zhong, S. Su, M. Xu, H. Wu, Y. Cao, Nat. Photonics 2012, 6, 591.
2. L. Dou, J. You, J. Yang, C. Chen, Y. He, S. Murase, T. Moriarty, K. Emery, G. Li, Y. Yang, Nat. Photonics 2012, 6, 180.
3. J. You, C.-C. Chen, Z. Hong, K. Yoshimura, K. Ohya, R. Xu, S. Ye, J. Gao, G. Li, Y. Yang, Adv. Mater. 2013, 25, 3973.
4. W. Li, A. Furlan, K. H. Hendriks, M. M. Wienk, R. A. J. Janssen, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5529.
5. S. Günes, N. S. Sariciftci, Inorg. Chim. Acta 2008, 361, 581.
6. D. J. Milliron, I. Gur, A. P. Alivisatos, MRS Bull. 2005, 30, 41.
7. P. Reiss, E. Couderc, J. De Girolamo, A. Pron, Nanoscale 2011, 3, 446.
8. F. C. Krebs, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2008, 92, 715.
9. W. U. Huynh, J. J. Dittmer, A. P. Alivisatos, Science 2002, 295, 2425.
10. B. Sun, H. J. Snaith, A. S. Dhoot, S. Westenhoff, N. C. Greenham, J. Appl. Phys. 2005, 97, 014914.
11. K. M. Coakley, M. D. McGehee, Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 3380.
12. C. H. Chang, T. K. Huang, Y. T. Lin, Y. Y. Lin, C. W. Chen, T. H. Chu, W. F. Su, J. Mater. Chem. 2008, 8, 2201.
13. P. Ravirajan, S. A. Haque, J. R. Durrant, D. D. C. Bradley, J. Nelson, Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 609.
14. C. Y. Kwong, W. C. Choy, A. B. Djurisic, P. C. Chui, K. W. Cheng, W. K. Chan, Nanotechnology 2004, 15, 1156.
15. J. Bouclé, S. Chyla, M. S. P. Shaffer, J. D. Durrant, D. C. D. Bradley, J. Nelson, Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 622.
16. 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.
17. W. J. E. Beek, M. M. Wienk, R. A. J. Janssen, Adv. Mater. 2004, 16, 1009.
18. W. J. E. Beek, M. M. Wienk, R. A. J. Janssen, Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 1112.
19. S. D. Oosterhout, M. M. Wienk, S. S. Van Bavel, R. Thiedmann, L. J. A. Koster, J. Gilot, J. Loos, V. Schmidt, R. A. J. Janssen, Nat. Mater. 2009, 8, 818.
20. S. Shao, F. Liu, Z. Xie, L. Wang, J. Phys. Chem. C. 2010, 114, 9161.
21. D. C. Olson, J. Piris, R. T. Collins, S. E. Shaheen, D. S. Ginley, Thin Solid Films 2006, 496, 26.
22. C. Y. Liu, Z. C. Holman, U. R. Kortshagen, Nano Lett. 2009, 9, 449.
23. C. Y. Liu, Z. C. Holman, U. R. Kortshagen, Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 1.
24. S. Dayal, N. Kopidakis, D. C. Olson, D. S. Ginley, G. Rumbles, Nano Lett. 2010, 10, 239.
25. S. Jeong, E. C. Garnett, S. Wang, Z. Yu, S. Fan, M. L. Brongersma, M. D. McGehee, Y. Cui, Nano Lett. 2012, 6, 2971.
26. Y. Zhang, F Zu, S.-T. Lee, L. Liao, N. Zhao, B. Sun, Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1300923.
27. M. M. Lee, J. Teuscher, T. Miyasaka, T. Murakami, H. J. Snaith, Science 2012, 338, 643.
28. J. Burschka, N. Pellet, S.-J. Moon, R. Humphry-Baker, P. Gao, M. K. Nazeeruddin, M. Grätzel, Nature 2013, 499, 316.
29. N. C. Greenham, X. Peng, A. P. Alivisatos, Phys. Rev. B 1996, 54, 17628.
30. J. Bouclé, S. Chyla, M. S. P. Shaffer, J. R. Durrant, D. D. C. Bradley, J. Nelson, C. R. Phys. 2008, 9, 110.
31. J. Liu, W. Wang, H. Yu, Z. Wu, J. Peng, Y. Cao, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2008, 92, 1403.
32. 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.
33. E. V. Canesi, M. Binda, A. Abate, S. Guarnera, L. Moretti, V. D'Innocenzo, R. S. S. Kumar, C. Bertarelli, A. Abrusci, H. Snaith, A. Calloni, A. Brambilla, F. Ciccacci, S. Aghion, F. Moia, R. Ferragut, C. Melis, G. Malloci, A. Mattoni, G. Lanzani, A. Petrozza, Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9068.
34. G. K. Mor, S. Kim, M. Paulose, O. K. Varghese, K. Shankar, J. Basham, C. A. Grimes, Nano Lett. 2009, 9, 4250.
35. W. P. Liao, S. C. Hsu, W. H. Lin, J. J. Wu, Phys. Chem. C 2012, 116, 15938.
36. D. C. Coffey, A. J. Ferguson, N. Kopidakis, G. Rumbles, ACS Nano 2010, 4, 5437.
37. T. D. Heidel, D. Hochbaum, J. M. Sussman, V. Singh, M. E. Bahlke, I. Hiromi, J. Lee, M. A. Baldo, J. Appl. Phys. 2011, 109, 104502.
38. G. Malloci, M. Binda, A. Petrozza, A. Mattoni, J. Phys. Chem. C 2013, 117, 13894.
39. Y. Vaynzof, D. Kabra, L. Zhao, P. K. H. Ho, A. T.-S. Wee, R. H. Friend, Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 0033309.
40. T. W. Zeng, C. C. Ho, Y.-C. Tu, G.-Y. Tu, L. Y. Wang, W.-F. Su, Langmuir 2011, 27, 15255.
41. J. Weickert, F. Auras, T. Bein, L. Schmidt-Mende, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 15081.
42. J. F. Lin, G. Y. Tu, C. C. Ho, C. Y. Chang, W. C. Yen, S. H. Hsu, Y. F. Chen, W. F. Su, ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 1009.
43. P. Ravirajan, A. M. Peiro, M. K. Nazeeruddin, M. Graetzel, D. D. C. Bradley, J. R. Durrant, J. Nelson, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 7635.
44. Y.-Y. Lin, T.-H. Chu, S.-S. Li, C.-H. Chuang, C.-H. Chang, W.-F. Su, C. P. Chang, M. c. Chu, C. W. Chen, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3644.
45. K. Yao, L. Chen, Y. Chen, F. Li, P. Wang, J. Phys. Chem. C 2012, 116, 3486.
46. I. Park, Y. Lim, S. Noh, D. Lee, M. Meister, J. J. Amsden, F. Laquai, C. Lee, D. Y. Yoon, Org. Electron. 2011, 12, 424.
47. L. Yang, U. B. Cappel, E. L. Unger, M. Karlsson, K. M. Karlsson, E. Gabrielsson, L. Sun, G. Boschloo, A. Hagfeldt, E. M. J. Johansson, Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 779.
48. A. J. Said, G. Poize, C. Martini, D. Ferry, W. Marine, S. Giorgio, F. Fages, J. Hocq, J. Bouclé, J. Nelson, J. R. Durrant, J. Ackermann, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 11273.
49. M. Garcìa-Iglesias, J. J. Cid, J. H. Yum, A. Forneli, P. Vàzquez, M. K. Nazeeruddin, E. Palomares, M. Grätzel, T. Torres, Energy Environ. Sci. 2011, 4, 189.
50. S. H. Park, H. J. Kim, M. H. Cho, Y. Yeonjin Yi, S. W. Cho, J. Yang, H. Kim, Appl. Phys. Lett. 2011, 98, 082111.
51. M. Graetzel, R. A. J. Janssen, D. B. Mitzi, E. H. Sargent, Nature 2012, 488, 304.
52. J. Bouclé, J. Ackermann, J. Polym. Int. 2012, 61, 355.
53. T. C. Monson, M. T. Lloyd, D. C. Olson, Y.-J. Lee, J. W. P. Hsu, Adv. Mater. 2008, 20, 4755.
54. J. Piris, N. Kopidakis, D. C. Olson, S. E. Shaheen, D. S. Ginley, G. Rumbles, Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 3849.
55. D. C. Olson, S. E. Shaheen, M. S. White, W. J. Mitchell, M. F. A. M. van Hest, R. T. Collins, D. S. Ginley, Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 264.
56. D. C. Olson, Y.-J. Lee, M. S. White, N. Kopidakis, S. E. Shaheen, D. S. Ginley, J. A. Voigt, J. W. P. Hsu, J. Phys. Chem. C 2008, 112, 9544.
57. Y.-Y. Lin, T.-H. Chu, S.-S. Li, C.-H. Chuang, C.-H. Chang, W.-F. Su, C. P. Chang, M. c. Chu, C. W. Chen, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3644.
58. S. J. Moon, E. Baranoff, S. M. Zakeeruddin, C. Y. Yeh, E. Wei-Guang Diau, M. Grätzel, K. Sivula, Chem. Commun. 2011, 47, 8244.
59. G. Mattioli, C. Melis, G. Malloci, F. Filippone, P. Alippi, P. Giannozzi, A. Mattoni, A. Amore Bonapasta, J. Phys. Chem. C 2012, 116, 15439.
60. U. Diebold, L. Vogel Koplitz, O. Dulub, Appl. Surf. Sci. 2004, 237, 336.
61. D. J. Cooke, A. Marmier, S. C. J. Parker, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 7985.
62. L. E. Greene, M. Law, D. H. Tan, M. Montano, J. Goldberger, G. Somorjai, P. Yang, Nano Lett. 2005, 5, 1231.
63. L. E. Greene, B. D. Yuhas, M. Law, D. Zitoun, P. Yang, Inorg. Chem. 2006, 45, 7535.
64. C. Melis, P. Raiteri, L. Colombo, A. Mattoni, ACS Nano 2011, 5, 9639.
65. M. I. Saba, C. Melis, L. Colombo, G. Malloci, A. Mattoni, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 9651.
66. C. Melis, A. Mattoni, L. Colombo, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 3401.
67. C. Melis, L. Colombo, A. Mattoni, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 18208.
68. J. L. Bredas, J. E. Norton, J. Cornil, V. Coropceanu, Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1691.
69. I. Frank, J. Hutter, D. Marx, M. Parrinello, J. Chem. Phys. 1998, 108, 4060.
70. C. Caddeo, G. Malloci, G. M. Rignanese, L. Colombo, A. Mattoni, J. Phys. Chem. C 2012, 116, 8174.
71. G. Mattioli, F. Filippone, P. Alippi, P. Giannozzi, A. Amore Bonapasta, J. Mater. Chem. 2012, 22, 440.
72. L. Edwards, M. Gouterman, J. Mol. Spectr. 1970, 33, 292.
73. C. Ingrosso, A. Petrella, P. Cosma, M. L. Curri, M. Striccoli, A. Agostiano, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 24424.
74. R. McCullough, P. Ewbank, Handbook of Conducting Polymers, Marcel Dekker, New York 1998.
75. T. Izumi, S. Kobashi, K. Takimiya, Y. Aso, T. Otsubo, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 5286.
76. S. Berson, R. De Bettignies, S. Bailly, S. Guillerez, Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 1377.
77. J. Rostalski, D. Meissner, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2000, 63, 37.
78. N. S. Hush, I. S. Woolsey, Mol. Phys. 1971, 21, 465.
79. M. J. Cook, Spectroscopy of New Materials, John Wiley & Sons Ltd., Chichester 1993.
80. P. Würfel, Physics of Solar Cells, Wiley-VCH, Weinheim, Germany 2009.
81. 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.
82. A. K. Thakur, G. Wantz, G. Garcia-Belmonte, J. Bisquert, L. Hirsch, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2011, 95, 2131.
83. A. K. Thakur, H. Baboz, G. Wantz, J. Hodgkiss, L. Hirsch, J. Appl. Phys. 2012, 112, 044502.
84. I. Todorov, W. Smith, Philos. Trans. R. Soc. London A 2004, 362, 1835.
85. D. J. Binks, R. W. Grimes, J. Am. Ceram. Soc. 1993, 76, 2370.
86. M. Matsui, M. Akaogi, Mol. Simul. 1991, 6, 239.
87. J. W. Ponder, D. A. Case, Adv. Prot. Chem. 2003, 66, 27.
88. F. Lin, R. Wang, Systematic J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 1852.
89. E. Katsia, N. Huby, G. Tallarida, B. Kutrzeba-Kotowska, M. Perego, S. Ferrari, F. C. Krebs, E. Guziewicz, M. Godlewski, V. Osinniy, G. Luka, Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 143501.
90. K. Noori, F. Giustino, Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 5089.
91. P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, G. L. Chiarotti, M. Cococcioni, I. Dabo, S. de Gironcoli, S. Fabris, G. Fratesi, R. Gebauer, U. Gerstmann, C. Gougoussis, A. Kokalj, M. Lazzeri, L. Martin-Samos, N. Marzari, F. Mauri, R. Mazzarello, S. Paolini, A. Pasquarello, L. Paulatto, C. Sbraccia, C. Scandolo, G. Sclauzero, A. P. Seitsonen, A. Smogunov, P. Umari, R. M. Wentzcovitch, J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 395502.
92. D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 1990, 41, 7892.
93. M. Dion, H. Rydberg, E. Schröder, D. C. Langreth, B. I. Lundqvist, Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 246401.
94. G. Roman-Perez, J. M. Soler, Phys. Rev. Lett. 2009, 103, 096102.
95. J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865.
96. M. Cococcioni, S. de Gironcoli, Phys. Rev. B 2005, 71, 035105.
97. D. Rocca, D. Lu, G. Galli, J. Chem. Phys. 2010, 133, 164109.
98. O. B. Malcioglu, R. Gebauer, D. Rocca, S. Baroni, Comput. Phys. Commun. 2011, 182, 1744.
99. A. K. Diallo, M. Gaceur, N. Berton, O. Margeat, J. Ackermann, C. Videlot-Ackermann, Superlattices Microstruct. 2013, 58, 144.