In this work we show how to clarify the dominating bulk recombination in organic solar cells by using photoinduced absorption. We show how to use the intensity and frequency dependence of the in-phase and quadrature signals to obtain the effective reaction order. For trap-assisted recombination, we can show using a multiple trapping and retrapping model with an exponential tail-state distribution that a temperature dependent reaction order is obtained which allows for determination of the characteristic energy of the exponential distribution of trap-states. In the model system pBTTT:PC60BM, we show that trap-assisted recombination is the dominating bulk recombination in 1:1 blends with a characteristic energy of the exponential trap distribution Ech=44±5 meV. The 1:4 blend, on the other hand, shows temperature independent behavior in good agreement with a dominating 2D Langevin bulk recombination.

1.
S. R. S.
Cowan
,
A.
Roy
, and
A. J.
Heeger
,
Phys. Rev. B
82
,
245207
(
2010
).
2.
3.
C. G.
Shuttle
,
B.
O'Regan
,
A. M.
Ballantyne
,
J.
Nelson
,
D. D. C.
Bradley
,
J.
De Mello
, and
J. R.
Durrant
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
093311
(
2008
).
4.
C. G.
Shuttle
,
A.
Maurano
,
R.
Hamilton
,
B.
O'Regan
,
J. C.
De Mello
, and
J. R.
Durrant
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
183501
(
2008
).
5.
C.
Deibel
,
A.
Baumann
,
A.
Wagenpfahl
, and
V.
Dyakonov
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
163303
(
2008
).
6.
A.
Foertig
,
A.
Baumann
,
D.
Rauh
,
V.
Dyakonov
, and
C.
Deibel
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
052104
(
2009
).
7.
C. G.
Shuttle
,
R.
Hamilton
,
J.
Nelson
,
B. C.
O'Regan
, and
J. R.
Durrant
,
Adv. Funct. Mater.
20
,
698
(
2010
).
8.
J.
Guo
,
H.
Ohkita
,
S.
Yokoya
,
H.
Benten
, and
S.
Ito
,
J. Am. Chem. Soc.
132
,
9631
(
2010
).
9.
T.
Kirchartz
,
B. E.
Pieters
,
J.
Kirkpatrick
,
U.
Rau
, and
J.
Nelson
,
Phys. Rev. B
83
,
115209
(
2011
).
10.
T.
Kirchartz
and
J.
Nelson
,
Phys. Rev. B
86
,
165201
(
2012
).
11.
M. P.
Langevin
,
Ann. Chim. Phys.
28
,
433
(
1903
).
12.
A.
Pivrikas
,
G.
Juška
,
A. J.
Mozer
,
M.
Scharber
,
K.
Arlauskas
,
N. S.
Sariciftci
,
H.
Stubb
, and
R.
Österbacka
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
176806
(
2005
).
13.
D. H. K.
Murthy
,
A.
Melianas
,
Z.
Tang
,
G.
Juska
,
K.
Arlauskas
,
F.
Zhang
,
L. D. A.
Siebbeles
,
O.
Inganäs
, and
T. J.
Savenije
,
Adv. Funct. Mater.
23
,
4262
(
2013
).
14.
S.
Sandén
,
O. J.
Sandberg
,
Q.
Xu
,
J. H.
Smått
,
G.
Juška
,
M.
Lindén
, and
R.
Österbacka
,
Org. Electron.
15
,
3506
(
2014
).
15.
H.
Sirringhaus
,
P. J.
Brown
,
R. H.
Friend
,
M. M.
Nielsen
,
K.
Bechgaard
,
B. M. W.
Langeveld-Voss
,
A. J. H.
Spiering
,
R. A. J.
Janssen
,
E. W.
Meijer
,
P.
Herwig
, and
D. M.
de Leeuw
,
Nature
401
,
685
(
1999
).
16.
G.
Juška
,
K.
Genevičius
,
N.
Nekrašas
,
G.
Sliaužys
, and
R.
Österbacka
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
013303
(
2009
).
17.
R.
Österbacka
,
A.
Pivrikas
,
G.
Juška
,
A.
Poškus
,
H.
Aarnio
,
G.
Sliaužys
,
K.
Genevičius
,
K.
Arlauskas
, and
N. S.
Sariciftci
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
16
,
1738
(
2010
).
18.
M.
Nyman
,
O. J.
Sandberg
, and
R.
Österbacka
,
Adv. Energy Mater.
5
,
1400890
(
2015
).
19.
G. A. H.
Wetzelaer
,
M.
Kuik
,
M.
Lenes
, and
P. W. M.
Blom
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
153506
(
2011
).
20.
T.
Tromholt
,
M. V.
Madsen
, and
F. C.
Krebs
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
123904
(
2013
).
21.
A. J.
Mozer
,
N. S.
Sariciftci
,
L.
Lutsen
,
D.
Vanderzande
,
R.
Österbacka
,
M.
Westerling
, and
G.
Juška
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
112104
(
2005
).
22.
G.
Juška
,
K.
Genevičius
,
N.
Nekrašas
,
G.
Sliaužys
, and
G.
Dennler
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
143303
(
2008
).
23.
D.
Rauh
,
C.
Deibel
, and
V.
Dyakonov
,
Adv. Funct. Mater.
22
,
3371
(
2012
).
24.
T.
Kirchartz
,
F.
Deledalle
,
P. S.
Tuladhar
,
J. R.
Durrant
, and
J.
Nelson
,
J. Phys. Chem. Lett.
4
,
2371
(
2013
).
25.
O. J.
Sandberg
,
M.
Nyman
, and
R.
Österbacka
,
Phys. Rev. Appl.
1
,
024003
(
2014
).
26.
A.
Sundqvist
,
O. J.
Sandberg
,
M.
Nyman
,
J.
Smått
, and
R.
Österbacka
,
Adv. Energy Mater.
6
,
1502265
(
2016
).
27.
O. J.
Sandberg
,
A.
Sundqvist
,
M.
Nyman
, and
R.
Österbacka
,
Phys. Rev. Appl.
5
,
044005
(
2016
).
28.
M.
Westerling
,
C.
Vijila
,
R.
Österbacka
, and
H.
Stubb
,
Chem. Phys.
286
,
315
(
2003
).
29.
M.
Westerling
,
C.
Vijila
,
R.
Österbacka
, and
H.
Stubb
,
Phys. Rev. B
69
,
245201
(
2004
).
30.
H.
Aarnio
,
M.
Westerling
,
R.
Österbacka
,
M.
Svensson
,
M. R.
Andersson
, and
H.
Stubb
,
Chem. Phys.
321
,
127
(
2006
).
31.
S. D.
Phillips
,
R.
Worland
,
G.
Yu
,
T.
Hagler
,
R.
Freedman
,
Y.
Cao
,
V.
Yoon
,
J.
Chiang
,
W. C.
Walker
, and
A. J.
Heeger
,
Phys. Rev. B
40
,
9751
(
1989
).
32.
Z. V.
Vardeny
and
X.
Wei
, in
Handbook of Conducting Polymers
, edited by
T. A.
Skotheim
,
R. L.
Elsenbaumer
, and
J. R.
Reynolds
(
Marcel Dekker, Inc.
,
1998
), p.
639
.
33.
C.
Botta
,
S.
Luzzatti
,
R.
Tubino
,
D. D. C.
Bradley
, and
R. H.
Friend
,
Phys. Rev. B
48
,
14809
(
1993
).
34.
N. M.
Wilson
, Inverkan Av Indirekt Rekombination På Fotoinducerad Rekombination (
Åbo Akademi University
,
2015
) (M. Sc. Thesis, in Swedish).
35.
M.
Westerling
,
R.
Österbacka
, and
H.
Stubb
,
Phys. Rev. B
66
,
165220
(
2002
).
36.
37.
W.
Shockley
and
W. T.
Read
,
Phys. Rev.
87
,
835
(
1952
).
38.
N. M.
Wilson
,
S.
Sandén
,
O. J.
Sandberg
, and
R.
Österbacka
, unpublished.
39.
G. J. A. H.
Wetzelaer
,
M.
Kuik
, and
P. W. M.
Blom
,
Adv. Energy Mater.
2
,
1232
(
2012
).
40.
J. E.
Parmer
,
A. C.
Mayer
,
B. E.
Hardin
,
S. R.
Scully
,
M. D.
McGehee
,
M.
Heeney
, and
I.
McCulloch
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
113309
(
2008
).
41.
W. L.
Rance
,
A. J.
Ferguson
,
T.
McCarthy-Ward
,
M.
Heeney
,
D. S.
Ginley
,
D. C.
Olson
,
G.
Rumbles
, and
N.
Kopidakis
,
ACS Nano
5
,
5635
(
2011
).
42.
R.
Österbacka
,
C. P.
An
,
X. M.
Jiang
, and
Z. V.
Vardeny
,
Science
287
,
839
(
2000
).
43.
S. A.
Hawks
,
G.
Li
,
Y.
Yang
, and
R. A.
Street
,
J. Appl. Phys.
116
,
074503
(
2014
).
You do not currently have access to this content.