The Origin of Collected Charge and Open-Circuit Voltage in Blended Polyfluorene Photovoltaic Devices

Preview:

Citation preview

��� ������� � ������ �� ��� ��������� �� � ���������������� ���� ��������� ��� ���� � ������ �������� ���������� �� ������ ��������� ������������� ��� ����� ���������� ���� ��� �������� ��� ����� ������� ���� ����� ��������� ������� ���� ������� � ������ ������������������������ �������� �� ��������� ���������� ��� ������ �� ��������� ����������� � ����� ����������� ��� � ��� ������� ������������ ��� ������� ���������� ������� � ���� ���������������!� "��� ��� ������� �������� ��� ��������� ������ ��� ��� ������� � ������ � � �������� ���� ����������� ��� � �� ������� �� ����� ������

����������

��������� ����� ��� �� ������� ��#������� ��$%&'()*+&,)���- './�'0�� ���������1��� �$%&'()*�0 ���- ''23�..�� ��4)2�$�$&2$))�,+&,)� ��� 5��4&3�,�")3�,+%&,)� ���� ������������ "������ ������� ������� ������� ��� ���� ��� ����������� ��������� ��� ������� ��� ������ �� � � %( �6 ������������������ �������� ����� ��������� ���� ��� �� � � ���������� �� ����� 7� � ������ ��������� * � ������ ��� �������� � 3( �6�� �� ������� ����� ��� ��� 8��� �� /( 9$ ���� ������ ��������� '* ��� ��4)2 �* ����� ��� �������� � �� �� ������� ������'( �6�� ��� ��� ������� ���� �1��� ��� �������� ��� ������ ��������� �� '%( 9$ ��� ', �� ���� ������� �� ���� �� ���� �������������� ������� ���� ������� ���� ������ ������� ���� ��� ������������ ���� � ����� �������� ��� ������ ���� � � ���� �� %( 9$ ���3 ��

��� ������� ���� ������������ � ����� ��������� ���������:#�� �������� �� � ;�$ "����� $�� 6��� ;�< '/ �&5 ������������������ ��� �������������� $=� ���������- '�*3(*% >�� �?; ��� ������������ ���������� ����������������� �&:�?;� ���� ��������� �� �� &���� ���8��� @�����&�/(( ���������� �������� ��������� �� �� ����������� ������� ��,(( 8A� ��� � @?)6�,('( ������������ ���������� �������� ����������� ���� �� ,(( 8A� ������������ :���� ������� ���� ���������� ���� ���������� ��� � 6�B:�;�&: $������� 6���� ;���:����� "������������

:������C ���� %� ,((35��� ������C @�� 3� ,((3

DE'F &� G� =����� @� :� &����� "� $� )HB���� :� 5� $��� :� ?� "�������

��� ����� ���� '%,�E,F "� 7I��� ��� ����� ���� *%�E2F J� 4� ��� <� #� J���� J� K� "�� J� J� G� B� ;������ B� K�����

J� #� J�� 5� =�� J� L� J��� ���� ���� ����� ��� 2*2�E3F :� "���� K� #���������� ;� "� #���������� ������� ��������� ��

�� �� ��� ��� 7������ $������ <����� 6����� �����E*F �� ;� ;������� $� ;� 6� ��� !������ ����� "#$� ,(/�E%F G� "� "�� &� J� <���� 6� �� 4� G���� J� &� &� ����� "� �� 6��� ����

���� ����� �"� '.,0�E0F J� M����� =� "������ $� $����1� "� 7I��� !������ ����� "��� .02�E/F 6� #� M����� K� G� ;���� 5� <������ ���� !��� ��%� ����� �"�&�

23�E.F �� @� L� &� J� B����� M� G� 6� �� "�8���� #� K�� ���� @� &�

M���� '� ��� ����� !��� ����� �"�� '' 2(%� � @� L� &� �� ;� ;����J� @���� $� "� 6��� "� �� 6��� ���� ���� ����� ��� 0(�

E'(F :� "� :���� #� $� 6������� B� $���� :� ;�������� "� " ��������!������ ����� "�$� 23%�

E''F #� N������ ����� ����� (�� ����� ")$� ..�E',F "� "������� #� M��� @� @��� @� $� G������ :� 6����� ��� �����

�&"� *(2�

E'2F $� K������<O����� J� 6� B���� �� 6����� &� <������� �������� �#"� 0%'�

E'3F �� G� ? ����� <� ;� �I����� ��� ����� ���� ,,(�E'*F ;� :� <�������� @� L� B�������� ����� *��� (�� ����� &$� ,%/.�E'%F #� N������ �� $�P������ G� �� �� &���� !������ ���� "#�� '/.0�E'0F �� ������ :� 6��� <� 48������ &� @� #�� <� <���� @� :� ���� $� &� ��

J� &� 6��� "� K� =�� �� K� :������ #� �� $�� ���� K� ?� "������#� ������8� @� ?� 5������ :� ?� "������� !������ ���� "#�� 3/2�

E'/F ;� @����J������� ;� ;8�J������ 6� :������ @� K� "������� �������� ����� (�� ����� &"� %*0�

E'.F ;� @����J������� &� ��������� 6� :������ @� ;� #������� ��+ �� ����� ��� %%.�

E,(F 6� K�������� $� = ��� K� 6����� &� @� :����� =� ;Q����� '� �������� !��� ����� �"�� '2 '2(�

E,'F J� #� 6� J� �� L��� &� G� 6��� J� #��� 6� J���� $� �� 5� L� 6�K� ?� M��� !������ ����� "��� ,3%�

E,,F @� ;� $� ;������ ;� J������� '� ��� ����� !��� ����� �"�� 03'�E,2F <� ��������� #� �� #�������� ,���������� �� ����� ��$� '0�E,3F <� ��������� #� �� #�������� ,���������� �� ����� �"�� '�E,*F �� K� M����� @� K������ 7� B����� ������� ����� ��� *0.'�E,%F J� K� "�� B� ;������ �� &����8�� J� 4� ��� �� (�� ����� �� .**�E,0F ?� BR������ ��%�-� ����� .�� ��� ����� �"� %'3�E,/F :� 6� <���� @� 5� B������� /������� ���������� �� ����� &��

'*3.�E,.F &� $S����� "� ;���� ��%�-� ����� .�� ��� ����� �"� ,2*(�

�� ����� �� ��������� ������ ��� ����������� ������� �� ���������� �������� �����!������ "�!���#$$

B� 0���� '� !���� ��� �� /���������� *����� 0� 1�����2

��� ����������� ��� ����������� �� ������ ������������ ������ ��� ���������� �������� �� ���� ��� ���� ��������E'D*F ?�������� ��������� ���� ��� ������� ������� �������� ����� �� ����� ��� �������� ���������������� �� �� ��� ������1 ����������� �� ����� ���������� ������� ������ ��������� ����� �������� � �������� �������� B������ ������� �������� ������ ������ �� ������ ��� �������� ��������� ��� �������� ���� ������� �� �1����� ���������� � ��� ����� �� ����� T�����������E%�0F 7���� ������ �� �� ������� �������� �������� ��� ��������� ������ ������ � ����� �� ���� ��� ��������� ����������� ��� ������ ������� ��� ����� �� �������� ��� ��� ������������ � ������� �� ����������� � ������ ������������������ 5�� ����� �� ������������� ��� �����������������

���

�����

�����

���� � ���� ������ ������ ��� � ��� ����� �������� ���� ������� ���������� ���� ����� ���� �� ��� !� "�#$����� %

D&'( )��*� +� � ,����-� � .� "���$�� /�� �� �� ��������

��0��-�1� ������$��2� 3��0��1�$2 �* ������-��4�-�����2 +��-������-�� �56 � � 73�8�����9 ��* �:;����;�<=

&''( >��1 ?��= ?�1 *<�-�- �2 $�� ����������� ��- )�21�;�� ";���;�1 +�1���;� ��<�;��� 7�)"+�8� �� $���= /�� )�$�� � *�� $�� �#$�;����-����� -�$� ��- *�� 0��<���� -�1;<11���1� �� ��1� $���= /�� �����1 "��0� *�� 0��<���� -�1;<11���1�

����������� ��������� ��� � ��� ����� �� ����� ������������ ��� ���� ������� ������ ��������� ���� ����� ��� ���������������� ����� �� ��� ���������� ���������� ��� �� ������������������� ��������� ������� ��� ��������� ��� ����� � ��� ������ ������ G� ��� ��� ��������� ������� �� � ������� ���� ����� �� � ����� ���� ���� �� � ������ ������ ������ ���� �� �� ����� ����� ������ ������� ��� ����� ����� ����� ����� ����� �� � ���� ��������� � �������� ��� �������� ���� �� ��� ������ G� ���� ��� ���� � ����� �� �������I����� ���� ��� ���������� ��� ��� ������� ��� ����� ������� � ��� ��������� ������� � ��� ���� ������G� ���� �������� ���������� ��� ������ ��������� 8�

����� ��� ��������� ��������� � ����������� ������� ��������������� ���� � ��������������� �������� ��1������E/F ��������� �1� �� � ��������������� ����� ��������� � �������� �� ��� ���� �� �� ��� ����� �� ������� ��������������� ��� ���������� �������� ����� ��������������������� ��������� � ��������� ������ ��� ��� ��� ��� <5B���� ��� 5/B������E.�'(F G� ���� �������� ����� ���� ��������� ��������� ����� �� ��� �������� ������ ����� ��������� � ��������� ���������� �� �� ������ ��� � �� �� ���������� ��� �� ����������� ������ ����� � ��� � ����� �������������� ���� �� �� ��������� ����������E/F

&��� �� ������� ������ ��� ������� ����� �������������� ���������� �������� ����� ���� �1� � � ��� ����� ������� ��������� �� �� ��� ���� ���������� �� ��� ��������������� �� ��� ����� �� ������� ������������ ��� ����� ������� ��������� � ����� ���� � ���� ���� '( ���E''F ����� �� ���� ��� �1����� �� ����� �� � �������D������� �������I����� ����� ������ ��������� ��� ��8� ������ ��� ����� �������� �������� ��������������� T������� ������������ � ��� ���� �� ������ ���������� 7� �������� �������� ���� �� ��� T���� ��������� � � ����������� ������� ���� ������ ��������� � � ��������� ���� ���� �� � ���� ������������ 7� �������� ������ ��� T���� �������� �������� �� ������ ���� ���������� � ���������� ����������� ���� �� ������ �� ������ ���� ��1������ ���� ����� ��������� ��������� � ��������������� ��������������� ����� �������� �� ���� ��������E/F ��� ������� � ��� ��� ��������� ��������� � ��� ��������� ������ ��������� ��� ������� ���� ��� ������ ����� �� ����� ��������� � ��� ����� ����������� ������� ���� ��� ��� ���8����� $������ ���������� ��� � ������� ������� ��� ���������� ��������� ������������ ����� �� ���� ��� ������ ������ �� � ���� ���������� G� ��������� �� �� � ��� ������� ���������� �� ��� ������ ������ ���� ���� ��������� ��� ����� ��� ���������� ����������� � ����� ������ �������� ������������ ���� �������� ��� ���� ��� �����.�.��

����������������� �� � ���3� ����������� �� � ���������'�3����������������� E<5BF �� ��� ������ ������������������� ��������E',F ��� �����.�.������������������� �������������� E5/B�F �� ��� ���������������������������� ��� ������� �������� ��� � ������� ������� ����� ���� �� ����� �������� ���� ��� �������� ���������E/F

?1����� ��� ����� �� ��� <5BU5/B� ������I����� �� ����� ������� �� ��� ������ ������ �������� �� ����

�&);)�� ��� ������ ������� �������� �� �����6N;)��� ��8�� ����� �������� � ���� ����� ������ ������ ��� ����������� �������E'2F <���������� ������ ������ ������ ��� �� ����� �������� ����� ��� �� �1���7�)� �� ������������� ��1���������� ����� ��� ������������ ������ ��� �<?#)�C<""� �� 7�)� ����� ��� ����� ��� ��������7� ����� �� ��������� ����� ��� ��������� ������ � ������

���� � ��� ���� ���������� ���� � ���������� ������� ������ ����� ����� ����������� �� � ������ �� ��� ���8����� �� ��� ������ ������ 7� ����� �� �� ��� ���� ����������� �������� � ������� �� ����� ����� ���8����� ������ ��� � �������� �����T�E%F �� �������� ������ ������� ����� ��� ����� ����� � � ���� �� <5B ��� 5/B� �0C2 � ������� ��� ��� ��� ����� � ��� 5/B� ���� ���� �� ���������������������� ����� �5�� '��� ��� ���8����� (� �� ��� ������ ����� ����� ��� ����� ���� ���� ���� '( �� ��** ��� ��� �1������ ���������� T���� �������� �������������� �� ������ ��������� �� ����� ������ ��� ��������� ����� ������ �������� �� ������������ ���������3*/ ��� �� ������ �������� 5��� ' ����� ��� �1������T���� �������� �� � ������ �� ��� ���8���� �� ��� ������ ������ ��� �������� ������ �������� ��� ��������8����� ������� � ��1�� �� �����1������ ,* ��� ������� ������������ ��������� ��� ������� � � ������ �� ������� ��� ���

����� ���� ������� ��� ������ � ��� <5BC5/B� ������������ � ���� ���U�� ������ ���� ���� ��������� ��������� ����� ������ ������� ��� ��������� ����� ��� ���������� ������� ��� ������� � �8��� �� � ��������� � ����1������ �� ���������! ���� ��� ��������������� ��������� ����� ������� ����� �������� �������� G� ����� �������� ��� ������ ��������� ������� ��� ��� ����� � ��� ��������� ����� ����� �������� $������� � ��� ������ �������� ����� ��� ������ � ������ ������� � � ��� <5B� ��� ���������� ��� ������ � ������ ������� � � ��� 5/B�� 7� ���������������� ��� ������� ���� � ��� �� ��� <?#)�C<"" ������ �5/B� ������ ���� ���� ��� � ���������� ��� ������������� ������� ��� ������ ��� ��� ���� ����� � ��� ������ ������� ��� ��������� ����� �� ��� ������� ������������ �� ������� �� ��������� ���������� 7� ����� �� ���������� ������� ��� �� �� �� ��������� ����� ��� ������������ ������� ��� ��� ������� ���� ��� ��� ��������� ������������ ����� �� ���� ��� ������7� ��� ���� ����� � ��� � ��� � ������� ��� ����� ����

������� ��� � ��� �� ����� �� ��� ����������� � �������� ������� �� ������� ������ ������� � ��������� ��������������� �� ������ ��������� ���� ��� ��������� �������� �������� � ��������� ������� �� � ������� ���� ������� ����� ���������� ��� ����� �������� ��� ��� � ����� � ��� ������� �� ��� ��� ���������������� ��������� ?1������������� �� � ������I����� ������ ������� ��������D���� ���� ���� ��� ����� ����� ��� ��� ��� ����� ������� ������� ����� ������ �� � ������ ��������� ������� �������� K�������� �� ���� ������� � �������� � ��������� ���� � ��� ���������� ��������E'3F )�� ��������

���

�����

����

���� ����� ���� �� ��� !� "�#$����� % ����������� ���� � � ���� ������ ������ ��� � ��� ����� �������� ����

� ���� ������ ������ �������� ��� ���� ������ ���������� � �������� � ��� ������ ����� � � ��� ���� �� ���� ������ ������ ���� ��� ������ ��� ���� �� ����� ���������� ���� ���� ����� ������� ��� ��������� �� ������������ �� ��� ��������� ��� ������� � �� ��� ������

"��� 5/B� � ��� ���� ��������� �� ��� ����� �� ������ ���� � V �� ��� ����������� � ��������� ����� � ����� �� �� ������� � ��� �� � ��� ���� ���� � ������� ��� ��� 5/B� ��������� ���� ��������������� 7� �� ����� ������ ������ ���� ���� � � ��� �� ������� �������� �������� ���� ��� �������� ��� ������� ��� ( ��� (V �� ������ ���� ����� �������� ��� (W �� 5��� 5��� ' � �� ������ ���� ��� �������� ���� ����� ������� ��� ( � �� ������1������ ,* ��� G� ��������� ������� ���� � � ,* �� ���� ����� ����� �� �������� �� �������� �������� ����� ���� �� ��� ��������� ���� ����� ���� �1����� ���� ������������ � ��� 5/B� ����� ���� � ������ ������� �� ����������� ��� ��� ����� ��� ��� ��� � �� �� � ��������� ������ ��������� ��� ��������� ���� ��� ������ �� ������� ���� 7� ����� ��� ��� ����� �� ����� �������������� ���(W �� � ��� � ������ ���� � � � ������� ����� �� �������� ��� �������� ��������� ��������� � ������ �� 5/B��1����� �� ��� �������� ��� ��� �����5�� (W,* ��� 5��� ' ����� ���� ��� �������� ���� ���

����� �������� �� �������� � ��� ����� ������ � ��������������� ��� �������� ���8����� ������ ��� ������� �����(- 2( ��� �� �1���� ��� ��������� �� ���� �� ������� ��� �������� �� �������������� ���� ������ ��� ���� ������ 5���� '� ����� ��� ������ ����� ������� ��� 3*/ �� ���������� ��� ����� �������� ��� ������ ��� ���8���� ���������� * �� �� ** ��� ����� ���� ��������� ��� � ������������1 ������� ��8�� ��� ������ ����������� �������� )������ ��������� ��� ��� ����� �������� ���� ��������� ������������� ����������� ��� ��� B�������� �������� ����� �����1����� ��� ��� �� � ��� ������ ��������� ������ ����� ��� ������ ����� ������ ����� �� � ������ �� ���� ���8���� �� �� ��� ���8 ��������� ������! ���������� ��� ������ �� ��� <?#)�C<""� 7�)� ��� ����� ���������� ��� ������� �� ��� ����� ������ &������� ��������� � ����� �� ��� ������ ��������� �� ��� ����� ��� ��������� � ��� ����� ������ 7� ��� � ���� ���� ��� ������������ �� ��� 5/B�U ���� �������� ��������� ��� �������� (����� ��� ���� � ����� �������� � ��������� &������� ��������� � ��������� ���8� ��� ������ �1���� ��� ����� ������������ � ��� ����� �� �1���� ��� � ������ ������� � � ���������� �� ������� ��� ����� ���8 �� ���� ��������� ������� ����� 5/B�U ���� �������� �� �� ��������� �� �1����� ������� �� ��� �������� ���� ��� 5/B� ������ ��� ���� ������ ��������� ��� � ��������� � ��� �1���� ������ ������� �1� 7���� ���� ����� ��� �1���� ������ ������ � ���� ����� �� ����1���� ������ ������� �� ��� �������� ������ <5B ���5/B�� ��� � �������� ���� ��� ��� �1����1 ������ ������� �����E'*F ��� �� ��� ����� �1 �� � ��� ������ � ��������� 5/B� ����� ��� ����� �� � � ������� ��1 �� �1������� ��� 5/B�U ���� �������� ���� �� ��� ����� <5BC5/B�������I����� ���� ��� ����� G��� (V �� ��� ��� ����� ���������� �� ��� 5/B�U ���� �������� ��� � ���������� ��� �������� � ��������������� �� ( ������ ������ ���� �� ��������� ��� ����� ��������� �� ��� 5/B�U ���� �������� ��� ���� �� �� ������� ��� ����� ���� ��������� ���� ���� � �������� ���� ��� ����� ��������� ������ �������� 7� � � ��� ���

���

�����

�����

��� � ���� ������ ������ ��� � ��� ����� �������� ����������� ���� � ���� ����� ���� �� ��� !� "�#$����� %

0

1

2

3

4

5

0 10 20 30 40 50 60

Ext

erna

l Qua

ntum

Effi

cien

cy (

%)

Film Thickness (nm)

(b)

(c)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 10 20 30 40 50 60

Pho

tocu

rren

t (A

U)

Film Thickness (nm)

te th

(i) F8BT(ii) Blend

(a)

������ � �8 ";����$�; ��#��1��$�$��� �* � ����2�� -�0�;� *����;�$�- ?�$�� ����-�- ��$$�� ��2�� �* @96 ),59,!5>� ��- � #��1$��� ,!5> $�# ��2��7@� ��8� >�� ����?1 ��#��1��$ $�� -�1$��;� *��� $�� )�/A>9)"" 7,!5>��2��8 ?�$��� ?��;� ������$�- ;����� ;�� �� ;����;$�-� ��1�$9 >�� �#$�;��#�?�� -��1�$2 �$ ��;�-��$ ���<����$��� �* �B! �� *�� -�0�;� 1$�<;$<��1?�$� ����-�- *��� $��;=��11 ������� *��� B �� $� BB ��C )�/A>9)""��$��*�;� ��#��1��$�- �2 0��$�;�� ����1� �8 >�� �D$����� E<��$<� �**�;���;2�$ �B! �� ��;�-��$ ���<����$��� 0��1<1 ����-�- *��� $��;=��11� �$��;�-��$ ��$��1�$2 �* ����6� ��;�F� 71���- ����� 1���- ;��;��18����6� ��;�F� 7-�$-�1��- ����� �#�� 1E<���18 ��- 6�� ��;�F�

7-�$$�- ����� �#�� -�����-18� >�� ����� ���1 *�� $�� �G� ��� �1$���$�-*��� $�� 1$��-��- -�0��$��� �* ���2 -�**����$ #�D��1 ��- $�� H ����� ���1$�=�� $� �� � � ��� ;8 ";����$�; ���<1$��$��� �* $�� $?� ;��#����$1?��;� ;������ $� *��� $�� #��$�;<����$� �8 $�� ��������$�- #��$�;<����$ ������$�- *��� ,!5> �D;�$��1 ����I�- �$ $�� ,!5>J����- ��$��*�;����8 $�� ���;$�������$�- #��$�;<����$ ������$�- *��� �<�= ;����� ������$��� ?�$��� $�� ����-�- *����

������ ���� �� ��� ��� ���� ��� ����� �� ����� ����������������� �� � ����� ������� � ��������� �� ���� � ��� �1��������� 5��� ��� �� ��� ������� ���� � � 2( ������ ��� �������� ���������� �� ��� ������ ��� ���������

������������ � 5��� '�� ��� ����������� ��������� ����5/B� �1����� �� � ���� ����� �� ��� ��������� ��� ������������ ������ ��� 5/B� ������ ��� ����� �� ��� ���� ���� ����� ���� �������� ��� ���� �� � ������� ������ �� ��� �������I������ ��� ����� ������� � ����������� �������� ���������� ���� ����� ��� �� ������ ����� ��� ����� ���� ���5/B�U ���� ��������� �� ��� ����������� ���� �1����� ���� ���� �� ��� ������� �� ���� �� ��� ����� ������ ���8���� � ��� �� ���� ����� &������� �� � ���8���� �� � � ��������� ����� �� �� ��� ���� �� � ������� ������ ���� ��������� ��� �������� ����������� ����� ��� � � ��� ������ �� ����� ��� �������� �� ���� �1������������5��� ' ����� ��� �������� �� � ������ �� ���8���� ���

����� ��������� ������ � ����� ������ �� �������� �������� ����� � ���� ������� � �������� �� ��� ������ ��������� ��� ������������ ����� �� ��� ����� ������ �������� ������� ���� � ��� � ��� ��� ������� ������������� ������� ���� ��� ������ ��������� ������� ��� ����� ���� ������� ������� �� �������� ��� � ��� ������������� ����� ��������5��� ,� ����� ��� ��������� ������� ��� � ���� ��� �

������ ����� �� � ������ �� ���� �������� ��� ��������

�� ������� �������� �� � ������ �� ������� � ��*D'( �G��D, ��� ���� ��������� ��� ��������� ���������� � ������ ������� ������ � ���� �� � ���������� �������� ���� �� � ������ ������ �� ��� ��������� 7� ����� ������� ��� ���� �� ��� ����� ��������� �������� ������������� ����� �������� ���� ��� �� ������� ��� ��������� �������� ��� ����� � 5��� , ������ ��������� ����� ��������� ����� ��������� "������ ���� ��� ������ ������ �� ���� �� ��������� ������� �� '�0 A� )� ������ ��5/B� �� ��� <5B ������ �� � ���� �� 0C2 <5BC5/B�� ��� ��������� ������� ���� ��� ����� ���������� ���� ���� ������8���� �� ��� ����� � ������ �� ���� ���� '( ��� G��� ���5/B� ����� ��� � ����� ����� �� <5B ������ ��� ��� <5B����� � ������� ��� ��������� ������� ������ �� ��� �������� � ����� ��� � ����������� ���� ������ 5������������ ������ ��� ����� ��� � ��� ����� �� 5/B�� ��� ���������� ������� � ������ ���� �������� �� ���� �� ��� ������ �������7� ����� �� ��������� ��� � ������ ������ �� ���� �� ����

���� ��� ������ ��� ������ ��� ����� ��� ������ ���������� ��� � ������ ����� � :������� �� ��� ��� B��8�� �����E%�0F G� ��8� ��� ��� ������ ��� ��� ������� �� ����������� ��� ������� � � �������� ��� ����� �� <5B ������������ ����� �� �������� ��� 5/B� �������� ���� ������� ������� �5�� 2��� &���� ���� ����� �� ��� ��� ��������� �� ���7�) ����� ��� ��� � ������� � ����� ��� �I����� ������ ����� ������ ��� ����� �� ����� ��������� � ��� <5B������ ���� ��� �������� ��� ��� ��� � ��������� �� ��� ������ �������� ��� � �T������ �� ��� ���� ������� ����� ��������� �� ��� ���� ��� ������ ��������� ����� � ����������� ������ �� ����������� �������E'%�'0F ��� ��� ��� ������ ����� ��� �� ������� ������ �� ���� ������� ���� ������������� �� ��� ����� ��� ���� �1������ ������� ���� ��� ������� ���� �� ��� ���� �� � ����� �� ��� �� ���� ��� �1������������� �� ��� ���� ������ �� ������ ��� �� ���������� ������� ��� ������ ������� �1������ ��� ���� � ���������������� �� ��� ���� ������ �� �������� �� ���� �� ��� �������G��� ����� ��� ����� �� 5/B����� �������� ��� ��� ����

������� �� ������ � �� ��������� ����� �� <5B �5�� , ������� ��� ��������� ��� ��������� ������� ������ ������� ��� � �� �� ��� ����� ����� �� �������� �I����� �� ����� ��� ����� ������� ��� ��� 5/B� ������������ �5�� 2���E'/F ���� ��������� ��� ��������� ��� �I������ ��8����� �T������ ���� ��������� ���� ��� ��� ����� ��� ������ � �������� ����������� �� ��� ��������� �������� �������� ������ ���� ��� ������ ��� ��������� ������� � ��������� ���� � ��� ���������� �� ��� ���� ���� 7� ��� ����������� ���� <5B ��� ���� � ������ ����� �� ��� � ������������ ��� ���� ���������� ���� ����� �� <5B ���5/B��E'.�,(F ��� ��� ���� ��� ������ �� ��������� �������������� �� 5/B����� ��� ������ ��������� ����� �� ���� �I����� ���� ��� 7�) ��� �� ��� <5B

� ������� ���� ��� ��������� ���� ��� ����� ��� 5/B�� � � ���� ���������E,'F G��� ��� 7�) � ������ ��� � ������ �� <?#)�C<""� ���� ���� ����� � ���� ����� ����� ��

���

�����

����

���� ����� ���� �� ��� !� "�#$����� % ����������� ���� � � ���� ������ ������ ��� � ��� ����� �������� ����

(b)

F8BT-rich

ITO

PFB F8B

TA

lum

iniu

m

F8BTITO

PFB

Alu

min

ium

F8BTITO

Alu

min

ium

PFB-rich

F8BT-rich

ITO

Alu

min

ium

PFB

Voc=1.70V Voc=1.67V

Voc=1.25V Voc=1.57V

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

0.01 0.1 1 10 100 1000 104Ope

n-ci

rcui

t Vol

tage

(V

)

Light Intensity (mW / cm2)

(a)

������ �8 A#��;��;<�$ 0��$��� 0��1<1 ����$ ��$��1�$2 �$ �!! �� ��;�-��$ ���<����$��� *�� � #��1$��� ����2�� 71���- ����8 ��- � 9 ),59,!5>#��2��� ����- 1#<� *��� � ;�����*��� 1��<$��� 7-�$$�- ����8� �8 ";����$�;1 *�� � ����� �* ��2���- -�0�;� 1$�<;$<��1� >�� �#��;��;<�$ 0��$���1�$ ��� �� ��;�-��$ ���<����$��� ��� 1��?� ����? $�� ��1#�;$�0� -�0�;�1$�<;$<��1� ��� $��1� -�0�;�1 ?��� *����;�$�- ?�$� �� �>A ���-��

���� �I����� ��� ��� <5B�E,'F ��� ��������� ������� ��� ��� ���� ����� � � ������ �� ����� � �����1������ (�2 A����� ����� ��� ���8 ������ ������ ������ <?#)�C<""��� ����� � ������� ���� ���� ������ 7�) ��� ������� ��� � �������� ������� ���� ��� �������� �� �� �I������ ������ ��� ��� ����� ��� ���������� ����� ��� ���������� ������� ���� ����7� ����� �� �������� ��� ������ �� ���� ������� ���

������ ������ �'� ����� ������� �3� ���� �������� ��������� �� ������ ���� � ������ ��� �� 'C' <5BC5/B�� ������� ������� � <5B ���� ��� �� 5/B� ���� 5��� 2 � G����� ���� ������� ��� '3 ���� ��� ��� ������ ��� ��

' ���� - ' ������ X '<5B X � '5/B� �'�

����� � � ��� � ��� ���������� 5��� ��� '3 ���� �� ���5/B� � � ����� ���� ����� ���� ��� 5/B����� �������� ������ ��� ���� ���� ����� ������ �� ��� '3 ���� �� ��� �������� ����� � ��������� �������� �� �������� � ��� ��������� ��� ��� ��� ��� ������ �� �������� � ��� ��� �� ����� G���� ' ���� - (�32 @ ������ X (�,3 '<5B� ���� ���� � ���� �������1������ ,C' ������ ����������� ��������� ����� ������� �� <5B ��������� ��� ���� 5�� ��� ������ ������� �5��� 2 � ��� 7�) ����� ��� ������ ��� � ��� ����� ��<?#)�C<"" ���� �� ����� �� ������� ��� ��������� ������������ ������� ��� ��� ���� ���� ��������� ��� ����I����� ����� ���� 7�) ��� <5B ����� ����� � ��� ��������� �������� � ����� ����� ��� ��� '3 ����� � ��� ���8���� ������ ���� ��� ��� ���� ���� �����7� ��������� �� ���� ����� ���� ��� � ������� ���� ���

��� ����� ����� � � ��� ����� �� ����� ���������� ����������� ��������� ����� �� ����� ��������� ��� � ������������� ��������� ������� �� � ������� ���� ����� � ��������� ���� �� � ������ ����� �� � ����� �� ����� ����� ����������� �� ����� �� ���� ��������� �� ��� ����� G� �������� ���� � ������ �I����� ����� ���� ��� ���������� ������ ������� ��� ����� �� ����� � ��� ��������� ������� ���� ����� G� ���� ���������� ��������� �� ����� ������ � �� ��� @A ���� �� � ������� ���� ������

����������

<������ ������� ���� �������� � ���� �������� ��� �������������� � ���������� �� � ������������ �� '( �6D'� B����� ��<5BC5/B� ���� �������� � �1�� �������� �������� T������ ������ ������� ������� <���������� ������ ������ ���� ���������� �� �T��� ������� ��� �������� �����T�� �� ��� � :��������� ��� E%F� ����� ��� ����� ����� ��� ���������� ���� � ������� ���� �� �1�� �7�)�������� ����� � ������ ��� ��� ������ ����� ������������� ���� � ����� ����� ������� ��� � ������ ��� ������� �� ��� ����� ������ 7� ����� �� ������ ��� ��� ������ ��� ���� ���� 8��� ����� ��� ���� �*Y '(D0 � ��� ��������� ����� ���������� �� ������ ����������� �'(( ���� ?��� ������� ����� ��� �����1������*( �� ���8 ����� �������� ������� 7� ���� ��������� ��� 7�) ��������� ��� � ��� ����� �� ������������� ��1���������� ����� �������������� ������ ��� �<?#)�C<""� ���� �� ������ ��� ������������� ���� ��� ����������� �������� �������� ��� ���������������� ���� ������� ��� � ���������� �������� 1���� ���� ���

���

�����

�����

���� � ���� ������ ������ ��� � ��� ����� �������� ����������� ���� � ���� ����� ���� �� ��� !� "�#$����� %

diffusion

ITO

ITO

ITO

Holeinjection

diffusion

Voc

PFB F8BT

++

Evac

HOMO

LUMO

drift

driftAl

HOMO

Evac

F8BT

driftLUMO

Al

LUMO

+

drift

PFB

Evac

AlHOMO

φb

(a)

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

0 0.5 1 1.5 2

PFB F8BTBi-LayerBlendModel

Cur

rent

Den

sity

(A

m-2

)

Applied Bias (V)

(b)

������ � �8 >�� �����2 ���- -������ *�� � ����2�� �$ �#��;��;<�$ 1;����$�;���2 ;����;$�- �� � #������� ;��;<�$ ?�$� $�� �����2 ���- -������ �*),5 ��- ,!5>� �8 �<����$ -��1�$2 0��1<1 �##���- ���1 <�-�� ��;�-��$ ���<����$��� �* B ��;�F� �$ ��� �� *�� -�0�;�1 *����;�$�- *��� � #��1$���),5 *��� 7-�1��- ����8� ,!5> *��� 7-�$-�1��- ����8� ����2�� 71���� -�$18�����-�- *��� �* 69@ ),59,!5> 7����� -�$18� ��- $�� ��-�� *�� $�� ����-�-*��� 71���- ����8�

�� ���� ����� ������������� �� �����1������ * �G��D,� �������� ��� ��� ������� ���������� ����������� ��� � $G ������� ����� �������� �� 3*/ �� �� 3// �� ������ ������ �� ������� �� ��� ������ ������ � ���� ���� ��� ����� ��� � ���� ��� �������1������ ' ��,� ��� ��������������� �������� ��� �������� ��� �� ��������� ������� ��� ��� ���8������ ���� ���������� � #�8��8 77� ������ ������������ ���� � ������� �� ���� ���� �����������

:������C @�� 2(� ,((25��� ������C ;���� '*� ,((3

DE'F @� @� ;� &����� $� �� G����� 4� $� K�������� ?� �� ;�������� :� &�

5����� "� $� ;������ �� B� &������ ��� ����� �#&� 3./�E,F $� @� B�� ��� 4� "� "������� @� $� &������� ���� 1���� ����

����� ��� '*�E2F 6� "������;����� �� 5������8������ =� ;����� ?� ;����� :� &�

5����� @� #� ;��=����� !������ ����� "$�� '''.�E3F "� ?� "������� $� @� B�� ��� 4� "� "������� 5� <������� �� 5����

����� @� $� &������� ����� ����� (�� ����� #�� /3'�E*F �� $� ����� 4� $�������� ;� B������ :� &� 5����� @� #� ;��=���

��� G� �� "� &�8� ����� ����� (�� ����� �)� '%.*�E%F $� ;� :�������� @� �� B��8��� �� $� ����� @� #� ;��=����� :� &�

5����� 4� $� K�������� '� ����� ����� ����� $"� 3,%%�E0F @� �� B��8��� $� ;� :�������� 4� $� K�������� ����� *��� 4 �����

&#� (0* ,(*�E/F &� @� "����� �� $� ����� �� $� ;������� $� "���� :� &� 5�����

�� (�� ����� "� '2*2�E.F $� ;� :�������� 7� $� B����� @� #� ;��=����� #� "� ������� �� $�

����� :� &� 5����� 4� $� K�������� ������ � ����� ��� ,%/�E'(F :� "��������� �� $� ����� $� :�������� @� #� ;��=����� #� :�

������� ����� ����� (�� ����� #$� ,'0/�E''F �� $� ����� @� #� ;��=����� :� "��������� @� @� ;� &����� ;� 7� ��

��8����� ?� <� G��� #� :������� :� &� 5����� ������������������ ��� %((*�

E',F ;� :����8��� #� #� $� B������� ;� 7� ���8����� G� G� G� ?� <�G��� ���� ���� ����� ��� ,3'�

E'2F :� <����� #� #� $� B������� !���� ��� ����� �"#� ,%'�E'3F ;� <���� $� ?� "��� ���� ��������� ��������� �� 5�%��� ������

�� ��������� )1���� N������� <����� 4�� J��8 ����� ��� 3/3D3/.�E'*F �� $� ;������� �� "� #����� @� "� =�� $� "���� 4� $� K��������

:� &� 5����� $� ;����� ?� ;����� "� $�Z� @� &� B�������� �������� ����� ��� '(0/�

E'%F B� �� K����� ;� $� &����� '� ����� ����� ����� $�� 2%(*�E'0F G� N� &���� @� @� #������ 4� ����������� #� @� ;������ �� <�

��������� =� G� @� B������� ����� *��� 4 ����� &#� ''* 2,%�E'/F �� ;� B����� :� &� 5����� 7� "� ;������ #� @� 6����� �� B����� @� &�

B�������� 5� $������ '� ����� ����� ����� $�� %'*.�E'.F @� "� =�� <� =� &� &�� $� ?� ;����� :� &� 5����� �������������

����� �#� ,/%'�E,(F <� =� &� &�� ������ ����������� A��� �������� �����������

�<" ���� �� ���������� ��� ���� �'(( ��� �� ����� ��<5BC5/B� ������� ���� � ������ ����� �� <5B �1��� �� ��� ������������� ���� ��� 7�) ��� <?#)�C<""�� ��� ����� � ���������W ..[� ��� ���8�� ���� �� ����� ,( >�

E,'F @� "� =�� ;� K��������� :� &� 5����� 4� @��������� G� :� "�������8� :� #�8� G� @� 5����� 5� $������ '� ����� ����� ����� ��� %/*.�

���#����� %������ ��� &�� '��&#(����������� )�!��#��� *+������� ���,�&�� +��� -��.����/�� 0-.1 ���.����� ��� -����,�� 0. -,1,���#$$

B� �6����� 5���� 7��� 56����� ������ 1�8�6��\����� 7���6�� ���� � ������ ,6���� 0%���

N������� ��������� �� ������ ������ ����� �� ��������� ���� � ������������ ��� ������������ �����������E'F B��������� ������� ����� ��������E'F ��� ����� ���������E,F

������� ��������� ������� ��� �������� ������� ���� ��� ������� � ������� "������ ������ ������� ������������� �1� � �1������� ��������� ���������� ��� ���������� ������� �� �� ��� �������������E2F &������� � ������������ �������� ������ �1� ��� ��������� ����������U�� ��������� ������� ��� ��������� ����������G):;� ��� ������� �� �:G� ����� ���� �� ��������E3F

���U�� �������� ��������E*D0F ������ ������� �������D������ ��������� ������� D' ��� X'!

����� � �����6�������� ��� ������ ���� ����� ��� �1��������� ���� � ���������� ��� ��� �����������E*F �� ���D�� ( ��� '! ������ ���� �� ��� ������� � ��� ������� �������� ������� � ����8����� ����� ��� ������� � ����������� ��� ����� �������������� ���������� �,�� ���� 8�������� ���� ��� � ��� ��� ���� ,��

E%F � ��������� ������������� �1� ��� �� ��������� ������ � ����������������������� ������� �$#� ������� � ������������ ����� ������� ������� � ���������� ������ ����� ���� ��� ������������E0F

&��� �� ����������� �� ����� �������� �������� ��� ���������� ������� ������� ��� ��������� ������ ��� :G��� G):; ����� � ���� ���� � ��� ������ �������������� ��� ������ ���1D���1 ��������� �� D,( 9$ � �������������� � "����� ' �� <"��!� ��� <"��*�� � ���������� ������� �������� ����� ��� ������� ��������� 7� ����������� ���� ���� � �����8� �� �������������� ������������� ��������� ������ � ���� �����

���

�����

����

���� ����� ���� �� ��� !� "�#$����� % ���� ������� ���������� � ���� ������ ������ ��� � ��� ����� �������� ����

D&'( )��*� 4� ,<K�=�� /�� �� A����� /�� �� A=�1��� /�� 4� ���$��

>� ����������-<�$� ";���� �* 4�$�����1 ";���;����� ��1$�$<$� �* ";���;� ��- >�;������2!L %B� >�=�2���� �=���� ���� %6�� � 7.�#��8�����9 *<K�=��:�1����1$�K#)��*� 4�1�1�� �<��$�=�/�#��$���$ �* �##���- �����1$�2 ��- 5��;����1$�2� �<����$�3��0��1�$2�6L � �<��=���� �<����$� !%�!BBB 7.�#��8

&''( >��1 ?��= ?�1 1<##��$�- �2 �+�">.">� .�#��� �� $���= /�1� ��<���0 "�D��� ��- "<��<�� ��� *�� *�<�$*<� -�1;<11���� �=����� A����$���=1 .")" +�1���;� ,����?1��#1 7��� � %!�8 *�� �<�� ";���$�1$1�"<##��$��� ��*����$��� �1 �0������� *��� ����2��$��1;���;� �� *���$�� �<$����

]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]

Recommended