基于二硫化鎢納米片材料的有機太陽電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于二硫化鎢納米片材料的有機太陽電池及其制備方法。包括從上到下依次排布的陰極、電子傳輸層、有機光敏層、空穴傳輸層、陽極和襯底，其中空穴傳輸層為二硫化鎢納米膜，由二硫化鎢納米片制備而成。本發(fā)明采用的二硫化鎢納米膜，相對于目前現(xiàn)有空穴傳輸材料，制備方法簡單，可溶液加工，無需高溫退火，將其用于有機太陽電池中，可以取得和現(xiàn)有常用的空穴傳輸材料等效的效果，具有較好的應用前景，對推動有機太陽電池的產(chǎn)業(yè)化應用具有重要意義。
【專利說明】基于二硫化鎢納米片材料的有機太陽電池及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽電池及其制備方法，尤其涉及一種基于二硫化鎢納米片材料的有機太陽電池及其制備方法。

【背景技術】
[0002]隨著石油價格的大幅上漲和礦物資源的日益枯竭，太陽能由于其取之不盡、不受地域限制以及清潔安全等優(yōu)點越來越受到人們的重視?；诠馍蛐獙⑻柲苻D換為電能的太陽電池是利用太陽能的主要途徑之一。以有機半導體材料作為光敏層的太陽電池具有可溶液加工、可得到大面積柔性器件、成本較低等優(yōu)點，越來越得到學術界和產(chǎn)業(yè)界的重視。在有機太陽電池中，通常需要選取一種合適的空穴傳輸材料來修飾金屬陽極與有機光敏層間的界面，形成的這層空穴傳輸層可以有效促進空穴從有機物的最高已占軌道傳輸?shù)浇饘匐姌O，從而提高有機太陽電池的效率。
[0003]目前，應用最為廣泛的空穴傳輸材料是PED0T:PSS(聚3，4-乙撐二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸鹽)，該類材料的功函數(shù)為5.1eV左右，非常適合作為空穴傳輸材料。但是，由于PED0T:PSS具有非常強的酸性和吸濕性，會腐蝕常見的金屬電極和ITO(氧化銦錫)，降低太陽電池的壽命和光電轉換效率。為了解決上述問題，人們嘗試用真空蒸鍍的辦法將一些功函合適的材料(諸如V205、Mo03、W03、Ni0x)制備成形貌合適且功函數(shù)匹配的空穴傳輸層。但是傳統(tǒng)的真空蒸鍍技術需要昂貴的設備和復雜的操作流程，不利于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用。隨后，人們嘗試用溶膠-凝膠法制備過渡金屬氧化物膜作為空穴傳輸層。為了保證這層氧化物膜具有良好的結晶性和形貌，通常需要在較高溫度下退火處理上述氧化物膜，但是高溫退火處理會破壞一些作為光活性層的有機物，進一步限制了該類方法和材料在大面積器件和反型器件中的應用。因此，目前急需開發(fā)可溶液加工、無需高溫退火、空穴遷移率高的優(yōu)質空穴傳輸材料。.


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于二硫化鎢納米片材料的有機太陽電池及其制備方法，相對于目前常用的空穴傳輸材料PEDOT:PSS，二硫化鎢納米片材料是一種制備方法簡單、可溶液加工、無需高溫退火的空穴傳輸材料。將其用于有機太陽電池中，可以取得和現(xiàn)有常用的空穴傳輸材料等效的效果。因此，二硫化鎢納米片材料可作為空穴傳輸材料替代PED0T:PSS應用于太陽電池。
[0005]本發(fā)明采用的技術方案是:
[0006]一、一種基于二硫化鎢納米片材料的有機太陽電池:
[0007]包括從上到下依次排布的陰極、電子傳輸層、有機光敏層、空穴傳輸層、陽極和襯底，其特征在于:所述空穴傳輸層為二硫化鎢納米膜，由二硫化鎢納米片制備而成。
[0008]所述的二硫化鎢納米片為單層，厚度為I?2納米，長度為50納米?400納米。
[0009]所述的二硫化鎢納米膜的厚度為I?5納米。
[0010]所述的電子傳輸層為聚[(9，9_ 二(3’-(N，N-二甲氨基)丙基)_2，7_芴)_alt_2，7- (9,9-十六烷基芴)]，厚度為5納米。
[0011]所述的陰極為鋁，所述的陽極為氧化銦錫，所述的襯底為玻璃。
[0012]所述的共軛聚合物的給體為能作為電子給體的有機半導體，具體為聚-[3己基噻吩]、聚[[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2，7- 二基]-2，5-噻吩二基-2，I, 3-苯并噻二唑-4，7- 二基-2，5-噻吩二基]或者聚[[4，8- 二 [(2-乙基己基)氧]苯[I, 2-b: 4, 5_b’ ]-雙噻吩 _2，6-基][3-氟-2_[ (2-乙基己基)擬基]噻吩-[3，4_b] 二噻吩]]，受體為[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM),給體和受體的質量配比是1:1或者1:1.5。
[0013]二、一種基于二硫化鎢納米片材料的有機太陽電池的制備方法，包括:
[0014]I)在玻璃襯底的氧化銦錫陽極上旋涂二硫化鎢納米片材料分散液，旋涂后紫外臭氧處理5?30min，制備得到單層的二硫化鎢納米膜，作為空穴傳輸層，其厚度為I?5納米;
[0015]2)在二硫化鎢納米膜的空穴傳輸層上旋涂由共軛聚合物的給體和受體混合溶液制得的有機物光敏層，厚度為100納米；
[0016]3)在有機物光敏層上旋涂聚[(9，9- 二(3’ - (N, N- 二甲氨基)丙基)-2，7-芴)-alt-2，7-(9，9-十六烷基芴)]得到電子傳輸層，厚度為5納米；
[0017]4)在空穴傳輸層上真空蒸鍍鋁作為陰極，厚度為100納米，由此制備得到以二硫化鎢納米片材料作為空穴傳輸層的有機太陽電池。
[0018]所述的二硫化鎢納米片材料分散液的溶劑是水。
[0019]所述的二硫化鶴納米片材料分散液的濃度為0.lmg/ml?10mg/ml。
[0020]所述的共軛聚合物的給體為能作為電子給體的有機半導體，具體為聚-[3己基噻吩]、聚[[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2，7- 二基]-2，5-噻吩二基-2，I, 3-苯并噻二唑-4，7- 二基-2，5-噻吩二基]或者聚[[4，8- 二 [(2-乙基己基)氧]苯[I, 2-b:4, 5_b’ ]-雙噻吩 _2，6-基][3-氟-2_[ (2-乙基己基)擬基]噻吩-[3，4_b] 二噻吩]]，受體為[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM),給體和受體的質量配比是1:1或者1:1.5。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:
[0022]本發(fā)明采用的二硫化鎢納米片材料通過化學溶液剝離法或者鋰離子插層法制備得到，可通過超聲輔助分散的方法方便地得到不同濃度的溶液，具有制備方法簡單、尺寸均一'I"生好的優(yōu)點。
[0023]本發(fā)明采用的二硫化鎢納米片材料的功函數(shù)與常用的電極材料和有機半導體非常匹配，理論上是一種合適的空穴傳輸材料。將二硫化鎢納米片材料用于有機太陽電池中作為空穴傳輸層時，制備成膜過程無需高溫退火且可以得到品質很好的膜。實驗表明以二硫化鎢納米片材料作為空穴傳輸層的有機太陽電池和使用傳統(tǒng)空穴傳輸材料的太陽電池具有幾乎相同的光電轉化效率。
[0024]因此，這種可溶液加工、無需高溫退火、空穴遷移率高的二硫化鎢納米片材料是一種現(xiàn)有空穴傳輸材料(PEDOT:PSS)的有效替代品，將其引入有機太陽電池中對于推動有機太陽電池的產(chǎn)業(yè)化應用具有重要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的電池結構示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明實施例1?8中二硫化鎢納米片材料的原子力顯微鏡照片。
[0027]圖3是實施例1和對比實施例1的太陽電池在模擬太陽光照射下的電流密度-電壓(J-V)曲線。
[0028]圖中:1、陰極,2、電子傳輸層,3、有機物光敏層,4、空穴傳輸層,5、陽極,6、襯底。

【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明提到的有機太陽電池，包括從上到下依次排布的陰極1、電子傳輸層2、有機光敏層3、空穴傳輸層4、陽極5和襯底6,所述空穴傳輸層4為二硫化鶴納米膜，由二硫化鎢納米片制備而成。其二硫化鎢納米片為單層(通過顯微鏡觀察顯示為單層)，厚度為I?2納米，長度為50納米?400納米，如圖2所示，得到的二硫化鎢納米膜的厚度為I?5納米。
[0031]二硫化鎢納米膜由二硫化鎢納米片材料配成溶液后旋涂、紫外臭氧處理而成，優(yōu)選的二硫化鎢納米片材料的尺寸為:平均厚度為I納米，平均大小為200納米。
[0032]本發(fā)明有機太陽電池的制備方法，包括:
[0033]I)在玻璃作為襯底的氧化銦錫陽極上旋涂二硫化鎢納米片材料分散液，旋涂后紫外臭氧處理5?30min，制備得到單層的二硫化鎢納米膜，作為空穴傳輸層，其厚度為I?5納米；
[0034]2)在二硫化鎢納米膜的空穴傳輸層上旋涂由共軛聚合物的給體和受體混合溶液制得的有機物光敏層，厚度為100納米；
[0035]3)在有機物光敏層上旋涂聚[(9，9- 二(3’ - (N, N- 二甲氨基)丙基)-2，7-芴)-alt-2，7-(9，9-十六烷基芴)](PFN)得到電子傳輸層，厚度為5納米；
[0036]4)在空穴傳輸層上真空蒸鍍鋁作為陰極，厚度為100納米，由此制備得到以二硫化鎢納米片材料作為空穴傳輸層的有機太陽電池。
[0037]二硫化鎢納米片材料分散液的溶劑是水。
[0038]二硫化鶴納米片材料分散液的濃度為0.lmg/ml?10mg/ml。
[0039]優(yōu)選的電子傳輸層2為聚[(9,9- 二(3’ - (N, N- 二甲氨基)丙基)-2，7-芴)-alt-2，7- (9,9-十六烷基芴)](PFN)，厚度為5納米。
[0040]優(yōu)選的陰極I為鋁，所述的陽極5為氧化銦錫，所述的襯底6為玻璃。
[0041]優(yōu)選的共軛聚合物的給體為能作為電子給體的有機半導體，例如聚-[3己基噻吩](P3HT)、聚[[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2，7-二基]-2，5-噻吩二基-2，1，3_苯并噻二唑_4，7- 二基-2，5-噻吩二基](PCDTBT)或者聚[[4，8- 二 [(2-乙基己基)氧]苯[I, 2~b: 4, 5-b，]-雙口基吩-2，6_ 基][3-氣 ~2~ [ (2-乙基己基)羰基]唾吩-[3，4~b] _.BH吩]](PTB7)等能作為電子給體的有機半導體，受體為[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯PC71BM,給體和受體的質量配比分別是1:1或者1:1.5。上述中，給體聚-[3己基噻吩](P3HT)、給體聚[[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2，7- 二基]-2，5-噻吩二基_2，I, 3-苯并噻二唑-4，7- 二基-2，5-噻吩二基](PCDTBT)、給體聚[[4，8- 二 [ (2-乙基己基)氧]苯[I，2-b: 4，5-b ’]-雙噻吩-2，6-基][3-氟-2-[(2-乙基己基)羰基]噻吩-[3，4-b] 二噻吩]](PTB7)分別與受體[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯PC71BM的質量配比分別是1: 1、1:1.5和1:1.5。
[0042]本發(fā)明的二硫化鎢納米片材料可通過鋰離子插入剝離法制備得到，二硫化鎢本體材料和正丁基鋰己烷溶液在100°c下反應生成LixWS2,與水反應后得到單層的二硫化鎢納米片，并通過透析的方法除去鋰離子。得到的二硫化鎢納米片進行超聲波分散后加入水得到濃度為0.lmg/ml?10mg/ml的二硫化鶴納米片材料水溶液。
[0043]本發(fā)明的實施例如下:
[0044]實施例1:
[0045]通過化學溶液剝離法制備得到二硫化鎢納米片材料，其平均厚度為I納米，平均大小為200納米，圖2為其原子力顯微鏡照片。
[0046]二硫化鎢納米片材料通過化學溶液剝離法制備得到，得到的二硫化鎢納米片材料經(jīng)高速離心，進行超聲波分散后得到濃度為2mg/ml的二硫化鎢納米片材料水溶液。
[0047]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(ITO，陽極)的透明導電玻璃依次用洗潔精、水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陽極上旋涂二硫化鎢水溶液，以2000rpm(轉/分鐘)的轉速旋涂I分鐘，以上述條件旋涂2次后得到厚度為I納米的二硫化鎢薄膜，紫外臭氧處理10分鐘；接著，在二硫化鎢薄膜的空穴傳輸層上旋涂PTB7和PC71BM的混合溶液(給體和受體的質量配比是1: 1.5)，以1300rpm的轉速旋涂40秒，作為有機物光敏層；在有機物光敏層上旋涂PFN得到電子傳輸層，厚度為5納米，轉速為3000rpm，旋涂時間為30秒；在電子傳輸層上真空蒸鍍鋁作為陰極，陰極的厚度為100納米，由此制備得到以二硫化鎢納米片材料作為空穴傳輸層的有機太陽電池，其電池結構如圖1所示。
[0048]在光照強度為lOOmW/cm2的AML 5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線(圖3中曲線)，從中得到開路電壓為0.74V，短路電流密度為16.54mA/cm2，填充因子為0.68，光電能量轉換效率為8.37%。
[0049]實施例2:
[0050]通過化學溶液剝離法制備得到二硫化鎢納米片材料，其平均厚度為I納米，平均大小為200納米，圖2為其原子力顯微鏡照片。
[0051]二硫化鎢納米片材料通過化學溶液剝離法制備得到，得到的二硫化鎢納米片材料經(jīng)高速離心，進行超聲波分散后得到濃度為2mg/ml的二硫化鎢納米片材料水溶液。
[0052]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(IT0，陽極)的透明導電玻璃依次用洗潔精、水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陽極上旋涂二硫化鎢水溶液，以2000rpm(轉/分鐘)的轉速旋涂I分鐘，以上述條件旋涂6次后得到厚度為3納米的二硫化鎢薄膜，紫外臭氧處理10分鐘；接著，在二硫化鎢薄膜的空穴傳輸層上旋涂PTB7和PC71BM的混合溶液(給體和受體的質量配比是1: 1.5)，以1300rpm的轉速旋涂40秒，作為有機物光敏層；在有機物光敏層上旋涂PFN得到電子傳輸層，厚度為5納米，轉速為3000rpm，旋涂時間為30秒；在電子傳輸層上真空蒸鍍鋁作為陰極，陰極的厚度為100納米，由此制備得到以二硫化鎢納米片材料作為空穴傳輸層的有機太陽電池，其電池結構如圖1所示。
[0053]在光照強度為lOOmW/cm2的AM1.5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為0.74V，短路電流密度為16.33mA/cm2，填充因子為0.57，光電能量轉換效率為6.88%。
[0054]實施例3:
[0055]通過化學溶液剝離法制備得到二硫化鎢納米片材料，其平均厚度為I納米，平均大小為200納米，圖2為其原子力顯微鏡照片。
[0056]二硫化鎢納米片材料通過化學溶液剝離法制備得到，得到的二硫化鎢納米片材料經(jīng)高速離心，進行超聲波分散后得到濃度為2mg/ml的二硫化鎢納米片材料水溶液。
[0057]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(IT0，陽極)的透明導電玻璃依次用洗潔精、水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陽極上旋涂二硫化鎢水溶液，以2000rpm(轉/分鐘)的轉速旋涂I分鐘，以上述條件旋涂4次后得到厚度為2納米的二硫化鎢薄膜，紫外臭氧處理10分鐘；接著，在二硫化鎢薄膜的空穴傳輸層上旋涂PTB7和PC71BM的混合溶液(給體和受體的質量配比是1: 1.5)，以1300rpm的轉速旋涂40秒，作為有機物光敏層；在有機物光敏層上旋涂PFN得到電子傳輸層，厚度為5納米，轉速為3000rpm，旋涂時間為30秒；在電子傳輸層上真空蒸鍍鋁作為陰極，陰極的厚度為100納米，由此制備得到以二硫化鎢納米片材料作為空穴傳輸層的有機太陽電池，其電池結構如圖1所示。
[0058]在光照強度為lOOmW/cm2的AML 5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為0.74V，短路電流密度為16.37mA/cm2，填充因子為0.67，光電能量轉換效率為8.15%。
[0059]實施例4:
[0060]通過化學溶液剝離法制備得到二硫化鎢納米片材料，其平均厚度為I納米，平均大小為200納米，圖2為其原子力顯微鏡照片。
[0061]二硫化鎢納米片材料通過化學溶液剝離法制備得到，得到的二硫化鎢納米片材料經(jīng)高速離心，進行超聲波分散后得到濃度為2mg/ml的二硫化鎢納米片材料水溶液。
[0062]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(IT0，陽極)的透明導電玻璃依次用洗潔精、水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陽極上旋涂二硫化鎢水溶液，以2000rpm(轉/分鐘)的轉速旋涂I分鐘，以上述條件旋涂10次后得到厚度為5納米的二硫化鎢薄膜，紫外臭氧處理10分鐘；接著，在二硫化鎢薄膜的空穴傳輸層上旋涂PTB7和PC71BM的混合溶液(給體和受體的質量配比是1: 1.5)，以1300rpm的轉速旋涂40秒，作為有機物光敏層；在有機物光敏層上旋涂PFN得到電子傳輸層，厚度為5納米，轉速為3000rpm，旋涂時間為30秒；在電子傳輸層上真空蒸鍍鋁作為陰極，陰極的厚度為100納米，由此制備得到以二硫化鎢納米片材料作為空穴傳輸層的有機太陽電池，其電池結構如圖1所示。
[0063]在光照強度為lOOmW/cm2的AML 5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為0.74V，短路電流密度為15.80mA/cm2，填充因子為0.49，光電能量轉換效率為5.73%。
[0064]實施例5:
[0065]通過化學溶液剝離法制備得到二硫化鎢納米片材料，其平均厚度為I納米，平均大小為200納米，圖2為其原子力顯微鏡照片。
[0066]二硫化鎢納米片材料通過化學溶液剝離法制備得到，得到的二硫化鎢納米片材料經(jīng)高速離心，進行超聲波分散后得到濃度為0.lmg/ml的二硫化鎢納米片材料水溶液。
[0067]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(ΙΤ0，陽極)的透明導電玻璃依次用洗潔精、水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陽極上旋涂二硫化鎢水溶液，以2000rpm(轉/分鐘)的轉速旋涂I分鐘，以上述條件旋涂2次后得到厚度為I納米的二硫化鎢薄膜，紫外臭氧處理10分鐘；接著，在二硫化鎢薄膜的空穴傳輸層上旋涂PTB7和PC71BM的混合溶液(給體和受體的質量配比是1: 1.5)，以1300rpm的轉速旋涂40秒，作為有機物光敏層；在有機物光敏層上旋涂PFN得到電子傳輸層，厚度為5納米，轉速為3000rpm，旋涂時間為30秒；在電子傳輸層上真空蒸鍍鋁作為陰極，陰極的厚度為100納米，由此制備得到以二硫化鎢納米片材料作為空穴傳輸層的有機太陽電池，其電池結構如圖1所示。
[0068]在光照強度為lOOmW/cm2的AML 5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為0.71V，短路電流密度為15.73mA/cm2，填充因子為0.54，光電能量轉換效率為6.03%。
[0069]實施例6:
[0070]通過化學溶液剝離法制備得到二硫化鎢納米片材料，其平均厚度為I納米，平均大小為200納米，圖2為其原子力顯微鏡照片。
[0071]二硫化鎢納米片材料通過化學溶液剝離法制備得到，得到的二硫化鎢納米片材料經(jīng)高速離心，進行超聲波分散后得到濃度為10mg/ml的二硫化鎢納米片材料水溶液。
[0072]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(IT0，陽極)的透明導電玻璃依次用洗潔精、水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陽極上旋涂二硫化鎢水溶液，以2000rpm(轉/分鐘)的轉速旋涂I分鐘，以上述條件旋涂2次后得到厚度為I納米的二硫化鎢薄膜，紫外臭氧處理10分鐘；接著，在二硫化鎢薄膜的空穴傳輸層上旋涂PTB7和PC71BM的混合溶液(給體和受體的質量配比是1: 1.5)，以1300rpm的轉速旋涂40秒，作為有機物光敏層；在有機物光敏層上旋涂PFN得到電子傳輸層，厚度為5納米，轉速為3000rpm，旋涂時間為30秒；在電子傳輸層上真空蒸鍍鋁作為陰極，陰極的厚度為100納米，由此制備得到以二硫化鎢納米片材料作為空穴傳輸層的有機太陽電池，其電池結構如圖1所示。
[0073]在光照強度為lOOmW/cm2的AML 5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為0.68V，短路電流密度為14.81mA/cm2，填充因子為0.55，光電能量轉換效率為5.45%。
[0074]實施例7:
[0075]通過化學溶液剝離法制備得到二硫化鎢納米片材料，其平均厚度為I納米，平均大小為200納米，圖2為其原子力顯微鏡照片。
[0076]二硫化鎢納米片材料通過化學溶液剝離法制備得到，得到的二硫化鎢納米片材料經(jīng)高速離心，進行超聲波分散后得到濃度為2mg/ml的二硫化鎢納米片材料水溶液。
[0077]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(IT0，陽極)的透明導電玻璃依次用洗潔精、水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陽極上旋涂二硫化鎢水溶液，以2000rpm(轉/分鐘)的轉速旋涂I分鐘，以上述條件旋涂2次后得到厚度為I納米的二硫化鎢薄膜，紫外臭氧處理10分鐘；接著，在二硫化鎢薄膜的空穴傳輸層上旋涂P3HT和PC71BM的混合溶液(給體和受體的質量配比是1:1)，以800rpm的轉速旋涂30秒，作為有機物光敏層；在有機物光敏層上旋涂PFN得到電子傳輸層，厚度為5納米，轉速為3000rpm，旋涂時間為30秒；在電子傳輸層上真空蒸鍍鋁作為陰極，陰極的厚度為100納米，由此制備得到以二硫化鎢納米片材料作為空穴傳輸層的有機太陽電池，其電池結構如圖1所示。
[0078]在光照強度為lOOmW/cm2的AML 5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為0.60V，短路電流密度為9.21mA/cm2，填充因子為0.58，光電能量轉換效率為3.2%。
[0079]實施例8:
[0080]通過化學溶液剝離法制備得到二硫化鎢納米片材料，其平均厚度為I納米，平均大小為200納米，圖2為其原子力顯微鏡照片。
[0081]二硫化鎢納米片材料通過化學溶液剝離法制備得到，得到的二硫化鎢納米片材料經(jīng)高速離心，進行超聲波分散后得到濃度為2mg/ml的二硫化鎢納米片材料水溶液。
[0082]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(IT0，陽極)的透明導電玻璃依次用洗潔精、水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陽極上旋涂二硫化鎢水溶液，以2000rpm(轉/分鐘)的轉速旋涂I分鐘，以上述條件旋涂2次后得到厚度為I納米的二硫化鎢薄膜，紫外臭氧處理10分鐘；接著，在二硫化鎢薄膜的空穴傳輸層上旋涂P⑶TBT和PC71BM的混合溶液(給體和受體的質量配比是1: 1.5)，以100rpm的轉速旋涂80秒，作為有機物光敏層；在有機物光敏層上旋涂PFN得到電子傳輸層，厚度為5納米，轉速為3000rpm，旋涂時間為30秒；在電子傳輸層上真空蒸鍍鋁作為陰極，陰極的厚度為100納米，由此制備得到以二硫化鎢納米片材料作為空穴傳輸層的有機太陽電池，其電池結構如圖1所示。
[0083]在光照強度為lOOmW/cm2的AML 5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為0.88V，短路電流密度為10.20mA/cm2，填充因子為0.65，光電能量轉換效率為5.8%。
[0084]對比實施例1:
[0085]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(IT0，陽極)的透明導電玻璃依次用洗潔精、水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陽極上旋涂PED0T:PSS水溶液，以3000rpm(轉/分鐘)的轉速旋涂30分鐘，空氣中140°C烘烤10分鐘，得到厚度為30納米的空穴傳輸層；接著，在PEDOT:PSS膜的空穴傳輸層上旋涂PTB7和PC71BM的混合溶液(給體和受體的質量配比是1: 1.5)，以100rpm的轉速旋涂80秒，作為有機物光敏層；在有機物光敏層上旋涂PFN得到電子傳輸層，厚度為5納米，轉速為3000rpm，旋涂時間為30秒；在電子傳輸層上真空蒸鍍鋁作為陰極，陰極的厚度為100納米，由此制備得到以PED0T:PSS作為空穴傳輸層的有機太陽電池，其電池結構如圖1所示。
[0086]在光照強度為lOOmW/cm2的AML 5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線(圖3中曲線)，從中得到開路電壓為0.75V，短路電流密度為16.23mA/cm2，填充因子為0.73，光電能量轉換效率為8.94%。
[0087]由此可看出，本發(fā)明通過具體實驗研究，發(fā)現(xiàn)二硫化鎢納米片材料很適宜作為現(xiàn)有空穴傳輸材料(PED0T:PSS)的替代品。從實施例的數(shù)據(jù)看出，以二硫化鎢納米片材料作為空穴傳輸層的有機太陽電池與基于現(xiàn)有空穴傳輸材料的有機太陽電池的電池性能非常接近，具體說來兩者的開路電壓、短路電流和填充因子非常接近，從而得到的太陽電池的效率也幾乎相同的?？傊擃惗蚧u納米片材料不僅在理論上是一種合適的空穴傳輸材料，在實際中也取得了非常好的實驗效果。因此，這種可溶液加工、無需高溫退火、空穴遷移率高的二硫化鎢納米片材料是一種現(xiàn)有空穴傳輸材料(PED0T:PSS)的理想替代品，將其引入有機太陽電池中對于推動有機太陽電池的產(chǎn)業(yè)化應用具有重要意義。
[0088]上述具體實施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于二硫化鎢納米片材料的有機太陽電池，包括從上到下依次排布的陰極(I)、電子傳輸層(2)、有機光敏層(3)、空穴傳輸層(4)、陽極(5)和襯底(6),其特征在于:所述空穴傳輸層(4)為_■硫化鶴納米I吳，由_■硫化鶴納米片制備而成。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于二硫化鎢納米片材料的有機太陽電池，其特征在于:所述的二硫化鎢納米片為單層，厚度為Γ2納米，長度為50納米?400納米。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于二硫化鎢納米片材料的有機太陽電池，其特征在于:所述的二硫化鎢納米膜的厚度為Γ5納米。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于二硫化鎢納米片材料的有機太陽電池，其特征在于:所述的電子傳輸層(2)為聚[(9，9_ 二(3’-(N，N-二甲氨基)丙基)-2，7_芴)-alt-2，7- (9,9-十六烷基芴)]，厚度為5納米。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于二硫化鎢納米片材料的有機太陽電池，其特征在于:所述的陰極(I)為鋁，所述的陽極(5)為氧化銦錫，所述的襯底(6)為玻璃。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于二硫化鎢納米片材料的有機太陽電池，其特征在于:所述的共軛聚合物的給體為能作為電子給體的有機半導體，具體為聚_[3己基噻吩]、聚[[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2，7- 二基]-2，5-噻吩二基_2，I, 3-苯并噻二唑-4，7- 二基-2，5-噻吩二基]或者聚[[4，8-二 [(2-乙基己基)氧]苯[l，2-b:4，5-b’ ]-雙噻吩_2，6-基][3-氟_2_[ (2-乙基己基)羰基]噻吩-[3，4-b] 二噻吩]],受:體為[6，6]-苯基-C71- 丁酸甲酯(PC71BM),給體和受體的質量配比是1:1或者1: 1.5。
7.根據(jù)權利要求f6任一所述的一種基于二硫化鎢納米片材料的有機太陽電池的制備方法，其特征在于包括: 1)在玻璃襯底的氧化銦錫陽極上旋涂二硫化鎢納米片材料分散液，旋涂后紫外臭氧處理5?30min，制備得到單層的二硫化鎢納米膜，作為空穴傳輸層，其厚度為f 5納米； 2)在二硫化鎢納米膜的空穴傳輸層上旋涂由共軛聚合物的給體和受體混合溶液制得的有機物光敏層，厚度為100納米； 3)在有機物光敏層上旋涂聚[(9，9-二(3’-(N，N-二甲氨基)丙基)_2，7-芴)_alt_2，7-(9，9-十六烷基芴)]得到電子傳輸層，厚度為5納米； 4)在空穴傳輸層上真空蒸鍍鋁作為陰極，厚度為100納米，由此制備得到以二硫化鎢納米片材料作為空穴傳輸層的有機太陽電池。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種以二硫化鎢納米片材料作為空穴傳輸層的有機太陽電池的制備方法，其特征在于:所述的二硫化鎢納米片材料分散液的溶劑是水。
9.根據(jù)權利要求7所述的一種基于二硫化鎢納米片材料的有機太陽電池的制備方法，其特征在于:所述的二硫化鶴納米片材料分散液的濃度為0.lmg/ml^lOmg/mlo
10.根據(jù)權利要求7所述的一種基于二硫化鎢納米片材料的有機太陽電池的制備方法，其特征在于:所述的共軛聚合物的給體為能作為電子給體的有機半導體，具體為聚_[3己基噻吩]、聚[[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑-2，7-二基]-2，5-噻吩二基_2，1，3-苯并噻二唑-4，7- 二基-2，5-噻吩二基]或者聚[[4，8- 二 [(2-乙基己基)氧]苯[I, 2-b:4, 5_b’ ]-雙噻吩 _2，6-基][3-氟-2_[ (2-乙基己基)擬基]噻吩-[3，4-b] 二噻吩]]，受體為[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM),給體和受體的質量配比是1:1或者1:1.5。
【文檔編號】H01L51/48GK104465991SQ201410710313
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月30日 優(yōu)先權日:2014年11月30日
【發(fā)明者】陳紅征, 馬春燕, 傅偉飛, 王玲, 楊曦, 徐明生 申請人:浙江大學