Relating the Physical Structure and Optoelectronic Function of Crystalline TIPS-Pentacene

Advanced Functional Materials

Volumn 25, Issue 13, 2015, Pages 2038-2046

  Sharifzadeh, Sahar ^a,b   Wong, Cathy Y ^c   Wu, Hao ^c   Cotts, Benjamin L ^c   Kronik, Leeor ^d   Ginsberg, Naomi S ^a,c,e   Neaton, Jeffrey B ^a,c,e  

^a LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY   (United States)

^b Boston University   (United States)

^c UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^d WEIZMANN INSTITUTE OF SCIENCE   (Israel)

^e Kavli Energy Nanosciences Institute at Berkeley   (United States)

Author keywords

density functional theory; electronic structures; excitons; optical spectroscopy; organic semiconductors; singlet fission

Indexed keywords

ALGORITHMS; CALCULATIONS; CRYSTAL STRUCTURE; ELECTROMAGNETIC WAVE ABSORPTION; ELECTRONIC STRUCTURE; EXCITONS; LIGHT ABSORPTION; MOLECULES; OPTICAL PROPERTIES; PERTURBATION TECHNIQUES; POLARIZATION; POLYCRYSTALLINE MATERIALS; SEMICONDUCTING ORGANIC COMPOUNDS;

ELECTRONIC DISPERSIONS; EXCITON DELOCALIZATION; FIRST-PRINCIPLES DENSITY FUNCTIONAL THEORY; MANY BODY PERTURBATION THEORY; OPTICAL SPECTROSCOPY; POLYCRYSTALLINE THIN FILM; SINGLET FISSIONS; SOLID-STATE STRUCTURES;

DENSITY FUNCTIONAL THEORY;

EID: 84926351780     PISSN: 1616301X     EISSN: 16163028     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adfm.201403005     Document Type: Article

References (60)

1. J. E. Anthony, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 452.
2. J. E. Anthony, Chem. Rev. 2006, 106, 5028.
3. A. D. Platt, J. Day, S. Subramanian, J. E. Anthony, O. Ostroverkhova, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 14006.
4. M. B. Smith, J. Michl, Chem. Rev. 2010, 110, 6891.
5. D. N. Congreve, J. Lee, N. J. Thompson, E. Hontz, S. R. Yost, P. D. Reusswig, M. E. Bahlke, S. Reineke, T. Van Voorhis, M. A. Baldo, Science 2013, 340, 334.
6. O. Ostroverkhova, S. Shcherbyna, D. G. Cooke, R. F. Egerton, F. A. Hegmann, R. R. Tykwinski, S. R. Parkin, J. E. Anthony, J. Appl. Phys. 2005, 98, 033701.
7. J. E. Anthony, J. S. Brooks, D. L. Eaton, S. R. Parkin, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 9482.
8. S. K. Park, T. N. Jackson, J. E. Anthony, D. A. Mourey, Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 063514.
9. A. Maliakal, K. Raghavachari, H. Katz, E. Chandross, T. Siegrist, Chem. Mater. 2004, 16, 4980.
10. G. Giri, E. Verploegen, S. C. B. Mannsfeld, S. Atahan-Evrenk, D. H. Kim, S. Y. Lee, H. A. Becerril, A. Aspuru-Guzik, M. F. Toney, Z. Bao, Nature 2011, 480, 505.
11. J. Xu, Y. Diao, D. Zhou, Y. Mao, G. Giri, W. Chen, N. Liu, S. C. B. Mannsfeld, G. Xue, Z. Bao, J. Mater. Chem. C 2014, 2, 2985.
12. Sam L. Bayliss, Alexei D. Chepelianskii, Alessandro Sepe, Brian J. Walker, Bruno Ehrler, Matthew J. Bruzek, John E. Anthony, Neil C. Greenham, Phys. Rev. Lett. 2014, 112, 238701.
13. S. R. Yost, J. Lee, M. W. B. Wilson, T. Wu, D. P. McMahon, R. R. Parkhurst, N. J. Thompson, D. N. Congreve, A. Rao, K. Johnson, M. Y. Sfeir, M. G. Bawendi, T. M. Swager, R. H. Friend, M. A. Baldo, T. Van Voorhis, Nat. Chem. 2014, 6, 492.
14. J. C. Johnson, A. J. Nozik, J. Michl, Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1290.
15. C. Ramanan, A. L. Smeigh, J. E. Anthony, T. J. Marks, M. R. Wasielewski, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 386.
16. R. B. Campbell, J. M. Robertson, J. Trotter, Acta Crystal. 1962, 15, 289.
17. R. C. Haddon, X. Chi, M. E. Itkis, J. E. Anthony, D. L. Eaton, T. Siegrist, C. C. Mattheus, T. T. M. Palstra, J. Phys. Chem. B 2002, 106, 8288.
18. A. Troisi, G. Orlandi, J. E. Anthony, Chem. Mater. 2005, 17, 5024.
19. S. M. Ryno, C. Risko, J.-L. Bredas, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6421.
20. D. T. James, J. M. Frost, J. Wade, J. Nelson, J.-S. Kim, ACS Nano 2013, 7, 7983.
21. M. L. Tiago, J. E. Northrup, S. G. Louie, Phys. Rev. B 2003, 67, 115212.
22. C. Ambrosch-Draxl, D. Nabok, P. Puschnig, C. Meisenbichler, New J. Phys. 2009, 11, 125010.
23. S. Sharifzadeh, A. Biller, L. Kronik, J. B. Neaton, Phys. Rev. B 2012, 85, 125307.
24. S. Sharifzadeh, P. Darancet, L. Kronik, J. B. Neaton, J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 2197.
25. P. Cudazzo, M. Gatti, A. Rubio, Phys. Rev. B 2012, 86, 195307.
26. C. Y. Wong, S. B. Penwell, B. L. Cotts, R. Noriega, H. Wu, N. S. Ginsberg, J. Phys. Chem. C 2013, 117, 22111.
27. J. Deslippe, G. Samsonidze, D. A. Strubbe, M. Jain, M. L. Cohen, S. G. Louie, Comp. Phys. Commun. 2012, 183, 1269.
28. M. S. Hybertsen, S. G. Louie, Phys. Rev. B 1986, 34, 5390.
29. J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865.
30. M. Rohlfing, S. G. Louie, Phys. Rev. B 2000, 62, 4927.
31. P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, G. L. Chiarotti, M. Cococcioni, I. Dabo, A. D. Corso, 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, S. Scandolo, G. Sclauzero, A. P. Seitsonen, A. Smogunov, P. Umari, R. M. Wentzcovitch, J. Phys,: Condens. Matter 2009, 21, 395502.
32. N. Troullier, J. L. Martins, Phys. Rev. B 1991, 43, 1993.
33. D. Corso, http://theossrv1.epfl.ch/Main/Pseudopotentials.
34. S. C. B. Mannsfeld, M. L. Tang, Z. Bao, Adv. Mater. 2011, 23, 127.
35. G. Grosso, G. Parravicini, Solid State Physics, 2nd Ed. Academic Press, London 2003.
36. Previous attempts to visualize exciton delocalization in periodic structures have relied on equivalent quantities within semi-empirical methods (Ref. 37) or time-dependent DFT (Ref. 38).
37. L. Romaner, G. Heimel, H. Wiesenhofer, P. Scandiucci de Freitas, U. Scherf, J.-L. Brédas, E. Zojer, E. J. W. List, Chem. Mater. 2004, 16, 4667.
38. S. Tretiak, K. Igumenshchev, V. Chernyak, Phys. Rev. B 2005, 71, 033201.
39. P. Petelenz, B. Pac, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 17379.
40. J. Chen, D. C. Martin, J. E. Anthony, J. Mater. Res. 2007, 22, 1701.
41. C. J. Bardeen, MRS Bull. 2013, 38, 65.
42. J. L. Bredas, J. P. Calbert, D. A. da Silva Filho, J. Cornil, Proc. Natl. Acad. Sci. 2002, 99, 5804.
43. S. Curtarolo, W. Setyawan, G. L. Hart, M. Jahnatek, R. V. Chepulskii, R. H. Taylor, S. Wang, J. Xue, K. Yang, O. Levy, M. J. Mehl, H. T. Stokes, D. O. Demchenko, D. Morgan, Comput. Mater. Sci. 2012, 58, 218.
44. F. Roth, B. Mahns, S. Hampel, M. Nohr, H. Berger, B. Buchner, M. Knupfer, Euro. Phys. J. B 2013, 86, 66.
45. F. Roth, P. Cudazzo, B. Mahns, M. Gatti, J. Bauer, S. Hampel, M. Nohr, H. Berger, M. Knupfer, A. Rubio, New J. Phys. 2013, 15, 125024.
46. K. Kolata, T. Breuer, G. Witte, S. Chatterjee, ACS Nano 2014, 8, 7377.
47. Y. Sakamoto, T. Suzuki, M. Kobayashi, Y. Gao, Y. Fukai, Y. Inoue, F. Sato, S. Tokito, J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 8138.
48. GW calculations are performed with 704, 774, and 846 unoccupied states for inter-molecular separations of 4.5Å, 4.9Å, and 5.1Å, respectively. The BSE sum is computed with 12 occupied and 12 unoccupied bands and expanded in a supercell of 6 × 12 × 6 primitive cells.
49. V. K. Thorsmolle, R. D. Averitt, J. Demsar, D. L. Smith, S. Tretiak, R. L. Martin, X. Chi, B. K. Crone, A. P. Ramirez, A. J. Taylor, Phys. Rev. Lett. 2009, 102, 017401.
50. W.-L. Chan, M. Ligges, A. Jailaubekov, L. Kaake, L. Miaja-Avila, X.-Y. Zhu, Science 2011, 334, 1541.
51. W.-L. Chan, T. C. Berkelbach, M. R. Provorse, N. R. Monahan, J. R. Tritsch, M. S. Hybertsen, D. R. Reichman, J. Gao, X.-Y. Zhu, Acct. Chem. Res. 2013, 46, 1321.
52. A. B. Kolomeisky, X. Feng, A. I. Krylov, J. Phys. Chem. C 2014, 118, 5188.
53. B. J. Walker, A. J. Musser, D. Beljonne, R. H. Friend, Nat. Chem. 2013, 5, 1019.
54. L. Wang, Y. Olivier, O. V. Prezhdo, D. Beljonne, J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 19, 3345.
55. X. Feng, A. B. Kolomeisky, A. I. Krylov, J. Phys. Chem. C 2014, 118, 34, 19608.
56. O. L. Griffith, J. E. Anthony, A. G. Jones, D. L. Lichtenberger, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 580.
57. Y. Qi, S. K. Mohapatra, S. B. Kim, S. Barlow, S. R. Marder, A. Kahn, Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 083305.
58. N. Sato, H. Inokuchi, E. A. Silinsh, Chem. Phys. 1987, 115, 269.
59. J. B. Neaton, M. S. Hybertsen, S. G. Louie, Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 216405.
60. S. Refaely-Abramson, S. Sharifzadeh, M. Jain, R. Baer, J. B. Neaton, L. Kronik, Phys. Rev. B 2013, 88, 081204.