Functionalized Graphene as an Electron-Cascade Acceptor for Air-Processed Organic Ternary Solar Cells

Advanced Functional Materials

Volumn 25, Issue 25, 2015, Pages 3870-3880

  Bonaccorso, Francesco ^a   Balis, Nikolaos ^b   Stylianakis, Minas M ^b   Savarese, Marika ^a   Adamo, Carlo ^c,d   Gemmi, Mauro ^e   Pellegrini, Vittorio ^a   Stratakis, Emmanuel ^b,f   Kymakis, Emmanuel ^b  

^a ISTITUTO ITALIANO DI TECNOLOGIA   (Italy)

^b TECHNOLOGICAL EDUCATIONAL INSTITUTE OF CRETE   (Greece)

^c PSL RESEARCH UNIVERSITY   (France)

^d INSTITUT UNIVERSITAIRE DE FRANCE   (France)

^e CENTER FOR NANOTECHNOLOGY INNOVATION NEST   (Italy)

^f INSTITUTE OF ELECTRONIC STRUCTURE AND LASER   (Greece)

Author keywords

bulk heterojunctions; graphene; nanoflakes; organic photovoltaics; ternary blends

Indexed keywords

BUTYRIC ACID; ELECTRON ENERGY LEVELS; ELECTRON TRANSPORT PROPERTIES; HETEROJUNCTIONS; MOLECULAR ORBITALS; NANOSTRUCTURED MATERIALS; SOLAR CELLS;

BULK HETEROJUNCTION; BULK HETEROJUNCTION SOLAR CELLS; HIGH ELECTRICAL CONDUCTIVITY; HIGHEST OCCUPIED MOLECULAR ORBITAL; LOWEST UNOCCUPIED MOLECULAR ORBITAL ENERGY LEVELS; NANO-FLAKES; ORGANIC PHOTOVOLTAICS; TERNARY BLENDS;

GRAPHENE;

EID: 85027928963     PISSN: 1616301X     EISSN: 16163028     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adfm.201501052     Document Type: Article

References (83)

1. M. A. Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W. Warta, E. D. Dunlop, Prog. Photovolt. Res. Appl. 2013, 21, 827.
2. G. Zhao, Y. He, Y. Li, Adv. Mater. 2010, 22, 4355.
3. Z. He, C. Zhong, S. Su, M. Xu, H. Wu, Y. Cao, Nat. Photonics 2012, 6, 591.
4. D. H. Wang, J. K. Kim, J. H. Seo, I. Park, B. H. Hong, J. H. Park, A. J. Heeger, Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 2874.
5. B. Kan, Q. Zhang, M. Li, X. Wan, W. Ni, G. Long, Y. Wang, X. Yang, H. Feng, Y. Chen, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 15529.
6. J.-D. Chen, C. Cui, Y.-Q. Li, L. Zhou, Q.-D. Ou, C. Li, Y. Li, J.-X. Tang, Adv. Mater. 2015, 27, 1035.
7. J. You, L. Dou, K. Yoshimura, T. Kato, K. Ohya, T. Moriarty, K. Emery, C. Chen, J. Gao, G Li, Y. Yang, Nat. Commun. 2013, 4, 1446.
8. L. Y. Lu, Z. Q. Luo, T. Xu, L. P. Yu, Nano Lett. 2013, 13, 59.
9. G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science 1995, 270, 1789.
10. C. J. Brabec, N. S. Sariciftci, J. C. Hummelen, Adv. Funct. Mater. 2001, 11, 15.
11. L. M. Chen, Z. Xu, Z. Hong, Y. Yang, J. Mater. Chem. 2010, 20, 2575.
12. T. Ameri, P. Khoram, J. Min, C. J. Brabec, Adv. Mater. 2013, 25, 4245.
13. T. Ameri, N. Li, C. J. Brabec, Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2390.
14. J. S. Huang, T. Goh, X. Li, M. Y. Sfeir, E. A. Bielinski, S. Tomasulo, M. L. Lee, N. Hazari, A. D. Taylor, Nat. Photonics 2013, 7, 479.
15. L. Ye, H. Xia, Y. B. Xiao, J. B. Xu, Q. Miao, RSC Adv. 2014, 4, 1087.
16. R. A. Street, D. Davies, P. P. Khlyabich, B. Burkhart, B. C. Thompson, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 986.
17. P. P. Khlyabich, B. Burkhart, B. C. Thompson, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9074.
18. T. Ameri, T. Heumuller, J. Min, N. Li, G. Matt, U. Scherf, C. J. Brabec, Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1796.
19. H. Kang, K.-H. Kim, T. E. Kang, C.-H. Cho, S. Park, S. C. Yoon, B. J. Kim, ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 4401.
20. P. Cheng, Y. Li, X. Zhan, Energy Environ. Sci. 2014, 7, 2005.
21. L. Lu, T. Xu, W. Chen, E. S. Landry, L. Yu, Nat. Photonics 2014, 8, 716.
22. C. Li, Y. Chen, Y. Wang, Z. Iqbal, M. Chhowalla, S. Mitra, J. Mater. Chem. 2007, 17, 2406.
23. M. M. Stylianakis, E. Kymakis, Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 093301.
24. L. Lu, T. Xu, W. Chen, J. M. Lee, Z. Luo, I. H. Jung, H. I. Park, S. O. Kim, L. Yu, Nano Lett. 2013, 13, 2365.
25. L. Ding, A. Tselev, J. Y. Wang, D. N. Yuan, H. B. Chu, T. P. McNicholas, Y. Li, J. Liu, Nano Lett. 2009, 9, 800.
26. W. Song, C. Jeon, Y. S. Kim, Y. T. Kwon, D. S. Jung, S. W. Jang, W. C. Choi, J. S. Park, R. Saito, C.-Y. Park, ACS Nano 2010, 4, 1012.
27. J. Liu, C. Wang, X. Tu, B. Liu, L. Chen, M. Zheng, C. Zhou, Nat. Commun. 2012, 3, 1199.
28. R. Krupke, F. Hennrich, H. von Lohneysen, M. M. Kappes, Science 2003, 301, 344.
29. M. Zheng, A. Jagota, M. S. Strano, A. P. Santos, P. Barone, S. G. Chou, B. A. Diner, M. S. Dresselhaus, R. S. McLean, G. B. Onoa, G. G. Samsonidze, E. D. Semke, M. Usrey, D. J. Walls, Science 2003, 302, 1545.
30. M. S. Arnold, A. A. Green, J. F. Hulvat, S. I. Stupp, M. C. Hersam, Nat. Nanotechnol. 2006, 1, 60.
31. F. Bonaccorso, T. Hasan, P. H. Tan, C. Sciascia, G. Privitera, G. Di Marco, P. G. Gucciardi, A. C. Ferrari, J. Phys. Chem. C 2010, 114, 17267.
32. T. Tanaka, H. H. Jin, Y. Miyata, H. Kataura, Appl. Phys. Express 2008, 1, 114001.
33. M. M. Stylianakis, J. A. Mikroyannidis, E. Kymakis, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2010, 94, 267.
34. E. Kymakis, E. Koudoumas, I. Franghiadakis, G. A. J. Amaratunga, J. Phys. D: Appl. Phys. 2006, 39, 1058.
35. J. L. Delgado, P. A. Bouit, S. Filippone, M. Herranz, N. Martin, Chem. Commun. 2010, 46, 4853.
36. T. Dürkop, S. A. Getty, E. Cobas, M. S. Fuhrer, Nano Lett. 2004, 4, 35.
37. P. Robaeys, F. Bonaccorso, E. Bourgeois, J. D'Haen, W. Dierckx, W. Dexters, D. Spoltore, J. Drijkoningen, J. Liesenborgs, A. Lombardo, A. C. Ferrari, F. Van Reeth, K. Haenen, J. V. Manca, M. Nesladek, Appl. Phys. Lett. 2014, 105, 083306.
38. G. H. Jun, S. H. Jin, B. Lee, B. H. Kim, W.-S. Chae, S. H. Hong, S. Jeon, Energy Environ. Sci. 2013, 6, 3000.
39. A. C. Ferrari, F. Bonaccorso, V. Falko, K. S. Novoselov, S. Roche, P. Bøggild, S. Borini, F. Koppens, V. Palermo, N. Pugno, J. A. Garrido, R. Sordan, A. Bianco, L. Ballerini, M. Prato, E. Lidorikis, J. Kivioja, C. Marinelli, T. Ryhänen, A. Morpurgo, J. N. Coleman, V. Nicolosi, L. Colombo, A. Fert, M. Garcia-Hernandez, A. Bachtold, G. F. Schneider, F. Guinea, C. Dekker, M. Barbone, C. Galiotis, A. Grigorenko, G. Konstantatos, A. Kis, M. Katsnelson, C. W. J. Beenakker, L. Vandersypen, A. Loiseau, V. Morandi, D. Neumaier, E. Treossi, V. Pellegrini, M. Polini, A. Tredicucci, G. M. Williams, B. H. Hong, J. H. Ahn, J. M. Kim, H. Zirath, B. J. Van Wees, H. Van Der Zant, L. Occhipinti, A. Di Matteo, I. A. Kinloch, T. Seyller, E. Quesnel, X. Feng, K. Teo, N. Rupesinghe, P. Hakonen, S. R. T. Neil, Q. Tannock, T. Löfwander, J. Kinaret, Nanoscale 2015, 7, 4598.
40. F. Bonaccorso, L. Colombo, G. Yu, M. Stoller, V. Tozzini, A. C. Ferrari, R. S. Ruoff, V. Pellegrini, Science 2015, 347, 1246501.
41. Z. Y. Yin, J. X. Zhu, Q. Y. He, X. H. Cao, C. L. Tan, H. Y. Chen, Q. Y. Yan, H. Zhang, Adv. Energy Mater. 2014, 4, 1300574.
42. G. Calogero, A. Bartolotta, G. Di Marco, A. Di Carlo, F. Bonaccorso, Chem. Soc. Rev. 2015, DOI: 10.1039/C4CS00309H.
43. C. T. G. Smith, R. W. Rhodes, M. J. Beliatis, K. D. G. I. Jayawardena, L. J. Rozanski, C. A. Mills, S. R. P. Silva, Appl. Phys. Lett. 2014, 105, 073304.
44. M. J. Beliatis, K. K. Gandhi, L. J. Rozanski, R. Rhodes, L. McCafferty, M. R. Alenezi, A. S. Alshammari, C. A. Mills, K. D. G. Jayawardena, S. J. Henley, S. R. P. Silva, Adv. Mater. 2014, 26, 2078.
45. V. Georgakilas, M. Otyepka, A. B. Bourlinos, V. Chandra, N. Kim, K. C. Kemp, P. Hobza, R. Zboril, K. S. Kim, Chem. Rev. 2012, 112, 6156.
46. A. Kuc, T. Heine, G. Seifert, Phys. Rev. B 2010, 81, 085430.
47. Y. H. Lu, W. Chen, Y. P. Feng, P. M. He, J. Phys. Chem. B 2009, 113, 2.
48. J. E. Johns, M. C. Hersam, Acc. Chem. Res. 2013, 46, 77.
49. C. Shim, M. Kim, S. G. Ihn, Y. S. Choi, Y. Kim, K. Cho, Chem. Commun. 2012, 48, 7206.
50. O. M. Maragõ, F. Bonaccorso, R. Saija, G. Privitera, P. G. Gucciardi, M. A. Iatì, G. Calogero, P. H. Jones, F. Borghese, P. Denti, V. Nicolosi, A. C. Ferrari, ACS Nano 2010, 4, 7515.
51. M. Lotya, Y. Hernandez, P. J. King, R. J. Smith, V. Nicolosi, L. S. Karlsson, F. M. Blighe, S. De, Z. Wang, I. T. McGovern, G. S. Duesberg, J. N. Coleman, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3611.
52. T. J. Mason, Sonochemistry, Oxford University, New York 1999, Ch. 1.
53. Y. Hernandez, V. Nicolosi, M. Lotya, F. M. Blighe, Z. Sun, S. De, I. T. McGovern, B. Holland, M. Byrne, Y. K. Gun'Ko, J. J. Boland, P. Niraj, G. Duesberg, S. Krishnamurthy, R. Goodhue, J. Hutchison, V. Scardaci, A. C. Ferrari, J. N. Coleman, Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 563.
54. F. Bonaccorso, A. Lombardo, T. Hasan, Z. Sun, L. Colombo, A. C. Ferrari, Mater. Today 2012, 15, 564.
55. J. Hassoun, F. Bonaccorso, M. Agostini, M. Angelucci, M. G. Betti, R. Cingolani, M. Gemmi, C. Mariani, S. Panero, V. Pellegrini, B. Scrosati, Nano Lett. 2014, 14, 4901.
56. D. L. Greenaway, G. Harbeke, F. Bassani, E. Tosatti, Phys. Rev. 1969, 178, 1340.
57. V. G. Kravets, A. N. Grigorenko, R. R. Nair, P. Blake, S. Anissimova, K. S. Novoselov, A. K. Geim, Phys. Rev. B 2010, 81, 155413.
58. L. Yang, J. Deslippe, C. H. Park, M. L. Cohen, S. G. Louie, Phys. Rev. Lett. 2009, 103, 186802.
59. J. C. Meyer, A. K. Geim, M. I. Katsnelson, K. S. Novoselov, T. J. Booth, S. Roth, Nature 2007, 446, 60.
60. A. C. Ferrari, J. Robertson, Phys. Rev. B 2000, 61, 14095.
61. A. C. Ferrari, D. M. Basko, Nat. Nanotechnol. 2013, 8, 235.
62. A. C. Ferrari, J. C. Meyer, V. Scardaci, C. Casiraghi, M. Lazzeri, F. Mauri, S. Piscanec, D. Jiang, K. S. Novoselov, S. Roth, A. K. Geim, Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 187401.
63. A. C. Ferrari, J. Robertson, Phys. Rev. B 2001, 64, 075414.
64. C. Casiraghi, A. Hartschuh, H. Qian, S. Piscanec, C. Georgi, A. Fasoli, K. S. Novoselov, D. M. Basko, A. C. Ferrari, Nano Lett. 2009, 9, 1433.
65. M. Naebe, J. Wang, A. Amini, H. Khayyam, N. Hameed, L.-H. Li, Y. Chen, B. Fox, Sci. Rep. 2014, 4, 4375.
66. P. V. Kumar, N. M. Bardhan, S. Tongay, J. Wu, A. M. Belcher, J. C. Grossman, Nat. Chem. 2014, 6, 151.
67. J. Zhu, J. Yang, B. Deng, Environ. Chem. Lett. 2010, 8, 277.
68. Y. Xu, Z. Liu, X. Zhang, Y. Wang, J. Tian, Y. Huang, Y. Ma, X. Zhang, Y. A Chen, Adv. Mater. 2009, 21, 1275.
69. S. Niyogi, E. Bekyarova, M. E. Itkis, J. L. McWilliams, M. A. Hamon, R. C. Haddon, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 7720.
70. S. Stankovich, R. D. Piner, S. T. Nguyen, R. S. Ruoff, Carbon 2006, 44, 3342.
71. E. Bekyarova, M. E. Itkis, P. Ramesh, C. Berger, M. Sprinkle, W. A. de Heer, R. C. Haddon, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 1336.
72. F. Tuinstra, J. L. Koenig, J. Chem. Phys. 1970, 53, 1126.
73. C. M. Cardona, W. Li, A. E. Kaifer, D. Stockdale, G. C. Bazan, Adv. Mater. 2011, 23, 2367.
74. G. G. Malliaras, J. R. Salem, P. J. Brock, C. Scott, Phys. Rev. B 1998, 58, 13411.
75. V. Shrotriya, Y. Yao, G. Li, Y. Yang, Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 063505.
76. Y. Zhao, D. G. Truhlar, Theor. Chem. Acc. 2008, 120, 215.
77. J. Tomasi, B. Mennucci, R. Cammi, Chem. Rev. 2005, 105, 2999.
78. S. Osella, A. Narita, M. G. Schwab, Y. Hernandez, X. Feng, K. Müllen, D. Beljonne, ACS Nano 2012, 6, 5539.
79. J. Heyd, G. E. Scuseria, M. Ernzerhof, J. Chem. Phys. 2003, 118, 8207.
80. M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Caricato, X. Li, H. P. Hratchian, A. F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J. L. Sonnenberg, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, J. A. Montgomery Jr, J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Staroverov, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, J. M. Millam, M. Klene, J. E. Knox, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, V. G. Zakrzewski, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, S. Dapprich, A. D. Daniels, Ö. Farkas, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, J. Cioslowski, D. J. Fox, Gaussian 09, Revision A.1, Gaussian, Inc., Wallingford, CT 2009.
81. F. Torrisi, T. Hasan, W. Wu, Z. Sun, A. Lombardo, T. S. Kulmala, G.-W. Hsieh, S. Jung, F. Bonaccorso, P. J. Paul, D. Chu, A. C. Ferrari, ACS Nano 2012, 6, 2992.
82. M. M. Stylianakis, G. D. Spyropoulos, E. Stratakis, E. Kymakis, Carbon 2012, 50, 5554.
83. G. Kakavelakis, E. Stratakis, E. Kymakis, Chem. Commun. 2014, 50, 5285.