High open circuit voltage organic solar cells based upon fullerene free bulk heterojunction active layers

Canadian Journal of Chemistry

Volumn 92, Issue 10, 2014, Pages 932-939

  Eftaiha, Ala'A F ^a   Sun, Jon Paul ^a   Hendsbee, Arthur D ^a   MacAulay, Casper ^a   Hill, Ian G ^a   Welch, Gregory C ^a  

^a DALHOUSIE UNIVERSITY   (Canada)

Author keywords

Bulk heterojunction; Donor acceptor conjugated small molecules; H aggregation; Nonfullerene acceptors; Open circuit voltage; Organic photovoltaics; Plastic solar cells; Solution processing

Indexed keywords

FULLERENES; HETEROJUNCTIONS; HIGH ELECTRON MOBILITY TRANSISTORS; LIGHT ABSORPTION; MOLECULAR ORBITALS; MOLECULES; OPEN CIRCUIT VOLTAGE; ORGANIC FIELD EFFECT TRANSISTORS; SOLAR POWER GENERATION;

BULK HETEROJUNCTION; CONJUGATED SMALL MOLECULES; NONFULLERENE ACCEPTORS; ORGANIC PHOTOVOLTAICS; PLASTIC SOLAR CELLS; SOLUTION-PROCESSING;

SOLAR CELLS;

EID: 84985021214     PISSN: 00084042     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1139/cjc-2014-0099     Document Type: Article

References (77)

1. Li G. Shrotriya V. Huang J. Yao Y. Moriarty T. Emery K. Yang Y. Nat. Mater. 2005, 4, 864. 10.1038/nmat1500.
2. Su Y.-W. Lan S.-C. Wei K.-H. Mater. Today 2012, 15, 554. 10.1016/S1369-7021(13)70013-0.
3. Liu Y. Chen C.-C. Hong Z. Gao J. (Michael) Yang Y. Zhou H. Dou L. Li G. Yang Y. Sci. Rep. 2013, 3. 10.1038/srep03356.
4. Kumar P. Chand S. Prog. Photovolt. Res. Appl. 2012, 20, 377. 10.1002/pip.1141.
5. Eperon G. E. Burlakov V. M. Goriely A. Snaith H. J. ACS Nano 2014, 8, 591. 10.1021/nn4052309.
6. Hoth, C.; Schilinsky, P.; Choulis, S.; Balasubramanian, S.; Brabec, C. In Applications of Organic and Printed Electronics; Cantatore, E., Ed.; Integrated Circuits and Systems; Springer US, 2013; pp. 27-56.
7. Thompson B. C. Fréchet J. M. J. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 58. 10.1002/anie.200702506.
8. Dennler G. Scharber M. C. Brabec C. J. Adv. Mater. 2009, 21, 1323. 10.1002/adma.200801283.
9. Mishra A. Bäuerle P. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2020. 10.1002/anie.201102326.
10. Eftaiha A. F. Sun J.-P. Hill I. G. Welch G. C. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 1201. 10.1039/c3ta14236a.
11. Zhou H. Yang L. You W. Macromolecules 2012, 45, 607. 10.1021/ma201648t.
12. Dang M. T. Wuest J. D. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 9105. 10.1039/c3cs35447d.
13. Chen L.-M. Xu Z. Hong Z. Yang Y. J. Mater. Chem. 2010, 20, 2575. 10.1039/b925382c.
14. Zacher B. Gantz J. L. Richards R. E. Armstrong N. R. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 1949. 10.1021/jz4009932.
15. He Z. Zhong C. Su S. Xu M. Wu H. Cao Y. Nat. Photonics 2012, 6, 591. 10.1038/nphoton.2012.190.
16. You J. Dou L. Yoshimura K. Kato T. Ohya K. Moriarty T. Emery K. Chen C.-C. Gao J. Li G. Yang Y. Nat. Commun. 2013, 4, 1446. 10.1038/ncomms2411.
17. He Y. Li Y. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 1970. 10.1039/C0CP01178A.
18. Li Y. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 723. 10.1021/ar2002446.
19. Brand V. Bruner C. Dauskardt R. H. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2012, 99, 182. 10.1016/j.solmat.2011.11.035.
20. Chochos C. L. Tagmatarchis N. Gregoriou V. G. RSC Adv. 2013, 3, 7160. 10.1039/c3ra22926b.
21. Khlyabich P. P. Burkhart B. Rudenko A. E. Thompson B. C. Polymer 2013, 54, 5267. 10.1016/j.polymer.2013.07.053.
22. Sonar P. Fong Lim J. P. Chan K. L. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 1558. 10.1039/c0ee00668h.
23. Lin Y. Li Y. Zhan X. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 4245. 10.1039/c2cs15313k.
24. Bloking J. T. Han X. Higgs A. T. Kastrop J. P. Pandey L. Norton J. E. Risko C. Chen C. E. Brédas J.-L. McGehee M. D. Sellinger A. Chem. Mater. 2011, 23, 5484. 10.1021/cm203111k.
25. Rajaram S. Shivanna R. Kandappa S. K. Narayan K. S. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 2405. 10.1021/jz301047d.
26. Zhou Y. Dai Y.-Z. Zheng Y.-Q. Wang X.-Y. Wang J.-Y. Pei J. Chem. Commun. 2013, 49, 5802. 10.1039/c3cc41803k.
27. Lin Y. Li Y. Zhan X. Adv. Energy Mater. 2013, 3, 724. 10.1002/aenm.201200911.
28. Winzenberg K. N. Kemppinen P. Scholes F. H. Collis G. E. Shu Y. Birendra Singh T. Bilic A. Forsyth C. M. Watkins S. E. Chem. Commun. 2013, 49, 6307. 10.1039/c3cc42293c.
29. Zhang X. Lu Z. Ye L. Zhan C. Hou J. Zhang S. Jiang B. Zhao Y. Huang J. Zhang S. Liu Y. Shi Q. Liu Y. Yao J. Adv. Mater. 2013, 25, 5791. 10.1002/adma.201300897.
30. Yan Q. Zhou Y. Zheng Y.-Q. Pei J. Zhao D. Chem. Sci. 2013, 4, 4389. 10.1039/c3sc51841h.
31. Walker B. Han X. Kim C. Sellinger A. Nguyen T.-Q. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 244. 10.1021/am201304e.
32. Sharenko A. Proctor C. M. van der Poll T. S. Henson Z. B. Nguyen T.-Q. Bazan G. C. Adv. Mater. 2013, 25, 4403. 10.1002/adma.201301167.
33. Anthony J. E. Facchetti A. Heeney M. Marder S. R. Zhan X. Adv. Mater. 2010, 22, 3876. 10.1002/adma.200903628.
34. Sun Y. Welch G. C. Leong W. L. Takacs C. J. Bazan G. C. Heeger A. J. Nat. Mater. 2012, 11, 44. 10.1038/nmat3160.
35. Fang Y. Pandey A. K. Nardes A. M. Kopidakis N. Burn P. L. Meredith P. Adv. Energy Mater. 2013, 3, 54. 10.1002/aenm.201200372.
36. Wang T. Pearson A. J. Lidzey D. G. Jones R. A. L. Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 1383. 10.1002/adfm.201002300.
37. Verploegen E. Miller C. E. Schmidt K. Bao Z. Toney M. F. Chem. Mater. 2012, 24, 3923. 10.1021/cm302312a.
38. Wang T. Pearson A. J. Lidzey D. G. J. Mater. Chem. C 2013, 1, 7266. 10.1039/c3tc31235f.
39. Hendsbee A. D. Macaulay C. M. Welch G. C. Dyes Pigm. 2014, 102, 204. 10.1016/j.dyepig.2013.10.046.
40. Sun J.-P. Hendsbee A. D. Eftaiha A. F. Macaulay C. M. Rutledge L. R. Welch G. C. Hill I. G. J. Mater. Chem. C 2014, 22, 2612. 10.1039/C3TC32497D.
41. Sigma-Aldrich Co. PCBM-Based n-Type Semiconductors. Available from http://www.sigmaaldrich.com/materials-science/organic-electronics/pcbm.html.
42. Osedach T. P. Andrew T. L. Bulovic V. Energy Environ. Sci 2013, 6, 711. 10.1039/c3ee24138f.
43. Facchetti A. Vaccaro L. Marrocchi A. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 3520. 10.1002/anie.201200199.
44. Okamoto K. Zhang J. Housekeeper J. B. Marder S. R. Luscombe C. K. Macromolecules 2013, 46, 8059. 10.1021/ma401190r.
45. Chen T.-A. Wu X. Rieke R. D. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 233. 10.1021/ja00106a027.
46. Scharsich C. Lohwasser R. H. Sommer M. Asawapirom U. Scherf U. Thelakkat M. Neher D. Köhler A. J. Polym. Sci. Part B Polym. Phys. 2012, 50, 442. 10.1002/polb.23022.
47. Shrotriya V. Ouyang J. Tseng R. Li G. Yang Y. Chem. Phys. Lett. 2005, 411, 138. 10.1016/j.cplett.2005.06.027.
48. Scharber M. C. Mühlbacher D. Koppe M. Denk P. Waldauf C. Heeger A. J. Brabec C. J. Adv. Mater. 2006, 18, 789. 10.1002/adma.200501717.
49. He Z. Zhong C. Huang X. Wong W.-Y. Wu H. Chen L. Su S. Cao Y. Adv. Mater. 2011, 23, 4636. 10.1002/adma.201103006.
50. Vasilopoulou M. Georgiadou D. G. Douvas A. M. Soultati A. Constantoudis V. Davazoglou D. Gardelis S. Palilis L. C. Fakis M. Kennou S. Lazarides T. Coutsolelos A. G. Argitis P. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 182. 10.1039/c3ta13107f.
51. Sanyal M. Schmidt-Hansberg B. Klein M. F. G. Munuera C. Vorobiev A. Colsmann A. Scharfer P. Lemmer U. Schabel W. Dosch H. Barrena E. Macromolecules 2011, 44, 3795. 10.1021/ma2000338.
52. Kwong C. Y. Choy W. C. H. DjurišiÄd A. B. Chui P. C. Cheng K. W. Chan W. K. Nanotechnology 2004, 15, 1156. 10.1088/0957-4484/15/9/008.
53. Ayzner A. L. Tassone C. J. Tolbert S. H. Schwartz B. J. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 20050. 10.1021/jp9050897.
54. Wang M. Yang G.-Z. Wang M. Liu T. Polym. Adv. Technol. 2010, 21, 381. 10.1002/pat.1439.
55. Soci C. Hwang I.-W. Moses D. Zhu Z. Waller D. Gaudiana R. Brabec C. J. Heeger A. J. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 632. 10.1002/adfm.200600199.
56. Hasharoni K. Keshavarz-K. M. Sastre A. González R. Bellavia-Lund C. Greenwald Y. Swager T. Wudl F. Heeger A. J. J. Chem. Phys. 1997, 107, 2308. 10.1063/1.474607.
57. Theander M. Yartsev A. Zigmantas D. Sundström V. Mammo W. Andersson M. R. Inganäs O. Phys. Rev. B 2000, 61, 12957. 10.1103/PhysRevB.61.12957.
58. Coakley K. M. McGehee M. D. Chem. Mater. 2004, 16, 4533. 10.1021/cm049654n.
59. Xu T. Yan M. Hoefelmeyer J. D. Qiao Q. RSC Adv. 2012, 2, 854. 10.1039/c1ra00739d.
60. Hill C. M. Zhu Y. Pan S. ACS Nano 2011, 5, 942. 10.1021/nn1022457.
61. Zhou Y. Ding L. Shi K. Dai Y.-Z. Ai N. Wang J. Pei J. Adv. Mater. 2012, 24, 957. 10.1002/adma.201103927.
62. Winzenberg K. N. Kemppinen P. Scholes F. H. Collis G. E. Shu Y. Birendra Singh T. Bilic A. Forsyth C. M. Watkins S. E. Chem. Commun. 2013, 49, 6307. 10.1039/c3cc42293c.
63. Zhao J. Swinnen A. Van Assche G. Manca J. Vanderzande D. Mele B. V. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 1587. 10.1021/jp804151a.
64. Papageorgiou G. Z. Bikiaris D. N. Panayiotou C. G. Polymer 2011, 52, 4553. 10.1016/j.polymer.2011.07.050.
65. Zhu L. Li L. Yang X. Yu R. Zheng S. J. Macromol. Sci., Part B: Phys. 2012, 51, 368. 10.1080/00222348.2011.596802.
66. Papageorgiou G. Z. Grigoriadou I. Andriotis E. Bikiaris D. N. Panayiotou C. Ind. Eng. Chem. Res. 2013, 52, 11948. 10.1021/ie4011657.
67. Stingelin-Stutzmann N. Smits E. Wondergem H. Tanase C. Blom P. Smith P. de Leeuw D. Nat. Mater. 2005, 4, 601. 10.1038/nmat1426.
68. Müller C. Ferenczi T. A. M. Campoy-Quiles M. Frost J. M. Bradley D. D. C. Smith P. Stingelin-Stutzmann N. Nelson J. Adv. Mater. 2008, 20, 3510. 10.1002/adma.200800963.
69. Ballantyne A. M. Ferenczi T. A. M. Campoy-Quiles M. Clarke T. M. Maurano A. Wong K. H. Zhang W. Stingelin-Stutzmann N. Kim J.-S. Bradley D. D. C. Durrant J. R. McCulloch I. Heeney M. Nelson J. Tierney S. Duffy W. Mueller C. Smith P. Macromolecules 2010, 43, 1169. 10.1021/ma902477h.
70. Aasmundtveit K. E. Samuelsen E. J. Guldstein M. Steinsland C. Flornes O. Fagermo C. Seeberg T. M. Pettersson L. A. A. Inganäs O. Feidenhans'l R. Ferrer S. Macromolecules 2000, 33, 3120. 10.1021/ma991631k.
71. Ungár T. Scr. Mater. 2004, 51, 777. 10.1016/j.scriptamat.2004.05.007.
72. Nam C.-Y. Su D. Black C. T. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 3552. 10.1002/adfm.200900311.
73. Wienk M. M. Turbiez M. Gilot J. Janssen R. A. J. Adv. Mater. 2008, 20, 2556. 10.1002/adma.200800456.
74. Sun S. Salim T. Wong L. H. Foo Y. L. Boey F. Lam Y. M. J. Mater. Chem. 2011, 21, 377. 10.1039/c0jm02109a.
75. Liu F. Wang C. Baral J. K. Zhang L. Watkins J. J. Briseno A. L. Russell T. P. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 19248. 10.1021/ja408923y.
76. Peet J. Cho N. S. Lee S. K. Bazan G. C. Macromolecules 2008, 41, 8655. 10.1021/ma801945h.
77. Salim T. Wong L. H. Brauer B. Kukreja R. Foo Y. L. Bao Z. Lam Y. M. J. Mater. Chem. 2011, 21, 242. 10.1039/c0jm01976c.