CN104465991A - 基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池及其制备方法 - Google Patents

基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池及其制备方法。包括从上到下依次排布的阴极、电子传输层、有机光敏层、空穴传输层、阳极和衬底，其中空穴传输层为二硫化钨纳米膜，由二硫化钨纳米片制备而成。本发明采用的二硫化钨纳米膜，相对于目前现有空穴传输材料，制备方法简单，可溶液加工，无需高温退火，将其用于有机太阳电池中，可以取得和现有常用的空穴传输材料等效的效果，具有较好的应用前景，对推动有机太阳电池的产业化应用具有重要意义。

Description

基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳电池及其制备方法，尤其涉及一种基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池及其制备方法。
背景技术
随着石油价格的大幅上涨和矿物资源的日益枯竭，太阳能由于其取之不尽、不受地域限制以及清洁安全等优点越来越受到人们的重视。基于光生伏打效应将太阳能转换为电能的太阳电池是利用太阳能的主要途径之一。以有机半导体材料作为光敏层的太阳电池具有可溶液加工、可得到大面积柔性器件、成本较低等优点，越来越得到学术界和产业界的重视。在有机太阳电池中，通常需要选取一种合适的空穴传输材料来修饰金属阳极与有机光敏层间的界面，形成的这层空穴传输层可以有效促进空穴从有机物的最高已占轨道传输到金属电极，从而提高有机太阳电池的效率。
目前，应用最为广泛的空穴传输材料是PEDOT:PSS(聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐)，该类材料的功函数为5.1eV左右，非常适合作为空穴传输材料。但是，由于PEDOT:PSS具有非常强的酸性和吸湿性，会腐蚀常见的金属电极和ITO(氧化铟锡)，降低太阳电池的寿命和光电转换效率。为了解决上述问题，人们尝试用真空蒸镀的办法将一些功函合适的材料(诸如V2O5、MoO3、WO3、NiOX)制备成形貌合适且功函数匹配的空穴传输层。但是传统的真空蒸镀技术需要昂贵的设备和复杂的操作流程，不利于实现产业化应用。随后，人们尝试用溶胶-凝胶法制备过渡金属氧化物膜作为空穴传输层。为了保证这层氧化物膜具有良好的结晶性和形貌，通常需要在较高温度下退火处理上述氧化物膜，但是高温退火处理会破坏一些作为光活性层的有机物，进一步限制了该类方法和材料在大面积器件和反型器件中的应用。因此，目前急需开发可溶液加工、无需高温退火、空穴迁移率高的优质空穴传输材料。.
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池及其制备方法，相对于目前常用的空穴传输材料PEDOT:PSS，二硫化钨纳米片材料是一种制备方法简单、可溶液加工、无需高温退火的空穴传输材料。将其用于有机太阳电池中，可以取得和现有常用的空穴传输材料等效的效果。因此，二硫化钨纳米片材料可作为空穴传输材料替代PEDOT:PSS应用于太阳电池。
本发明采用的技术方案是：
一、一种基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池：
包括从上到下依次排布的阴极、电子传输层、有机光敏层、空穴传输层、阳极和衬底，其特征在于：所述空穴传输层为二硫化钨纳米膜，由二硫化钨纳米片制备而成。
所述的二硫化钨纳米片为单层，厚度为1～2纳米，长度为50纳米～400纳米。
所述的二硫化钨纳米膜的厚度为1～5纳米。
所述的电子传输层为聚[(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)]，厚度为5纳米。
所述的阴极为铝，所述的阳极为氧化铟锡，所述的衬底为玻璃。
所述的共轭聚合物的给体为能作为电子给体的有机半导体，具体为聚-[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[1,2-b:4,5-b’]-双噻吩-2,6-基][3-氟-2-[(2-乙基己基)羰基]噻吩-[3,4-b]二噻吩]]，受体为[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)，给体和受体的质量配比是1:1或者1:1.5。
二、一种基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池的制备方法，包括：
1)在玻璃衬底的氧化铟锡阳极上旋涂二硫化钨纳米片材料分散液，旋涂后紫外臭氧处理5～30min，制备得到单层的二硫化钨纳米膜，作为空穴传输层，其厚度为1～5纳米；
2)在二硫化钨纳米膜的空穴传输层上旋涂由共轭聚合物的给体和受体混合溶液制得的有机物光敏层，厚度为100纳米；
3)在有机物光敏层上旋涂聚[(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)]得到电子传输层，厚度为5纳米；
4)在空穴传输层上真空蒸镀铝作为阴极，厚度为100纳米，由此制备得到以二硫化钨纳米片材料作为空穴传输层的有机太阳电池。
所述的二硫化钨纳米片材料分散液的溶剂是水。
所述的二硫化钨纳米片材料分散液的浓度为0.1mg/ml～10mg/ml。
所述的共轭聚合物的给体为能作为电子给体的有机半导体，具体为聚-[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[1,2-b:4,5-b’]-双噻吩-2,6-基][3-氟-2-[(2-乙基己基)羰基]噻吩-[3,4-b]二噻吩]]，受体为[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)，给体和受体的质量配比是1:1或者1:1.5。
本发明的有益效果是：
本发明采用的二硫化钨纳米片材料通过化学溶液剥离法或者锂离子插层法制备得到，可通过超声辅助分散的方法方便地得到不同浓度的溶液，具有制备方法简单、尺寸均一性好的优点。
本发明采用的二硫化钨纳米片材料的功函数与常用的电极材料和有机半导体非常匹配，理论上是一种合适的空穴传输材料。将二硫化钨纳米片材料用于有机太阳电池中作为空穴传输层时，制备成膜过程无需高温退火且可以得到品质很好的膜。实验表明以二硫化钨纳米片材料作为空穴传输层的有机太阳电池和使用传统空穴传输材料的太阳电池具有几乎相同的光电转化效率。
因此，这种可溶液加工、无需高温退火、空穴迁移率高的二硫化钨纳米片材料是一种现有空穴传输材料(PEDOT:PSS)的有效替代品，将其引入有机太阳电池中对于推动有机太阳电池的产业化应用具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的电池结构示意图。
图2为本发明实施例1～8中二硫化钨纳米片材料的原子力显微镜照片。
图3是实施例1和对比实施例1的太阳电池在模拟太阳光照射下的电流密度-电压(J-V)曲线。
图中：1、阴极，2、电子传输层，3、有机物光敏层，4、空穴传输层，5、阳极，6、衬底。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明提到的有机太阳电池，包括从上到下依次排布的阴极1、电子传输层2、有机光敏层3、空穴传输层4、阳极5和衬底6，所述空穴传输层4为二硫化钨纳米膜，由二硫化钨纳米片制备而成。其二硫化钨纳米片为单层(通过显微镜观察显示为单层)，厚度为1～2纳米，长度为50纳米～400纳米，如图2所示，得到的二硫化钨纳米膜的厚度为1～5纳米。
二硫化钨纳米膜由二硫化钨纳米片材料配成溶液后旋涂、紫外臭氧处理而成，优选的二硫化钨纳米片材料的尺寸为：平均厚度为1纳米，平均大小为200纳米。
本发明有机太阳电池的制备方法，包括：
1)在玻璃作为衬底的氧化铟锡阳极上旋涂二硫化钨纳米片材料分散液，旋涂后紫外臭氧处理5～30min，制备得到单层的二硫化钨纳米膜，作为空穴传输层，其厚度为1～5纳米；
2)在二硫化钨纳米膜的空穴传输层上旋涂由共轭聚合物的给体和受体混合溶液制得的有机物光敏层，厚度为100纳米；
3)在有机物光敏层上旋涂聚[(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)得到电子传输层，厚度为5纳米；
4)在空穴传输层上真空蒸镀铝作为阴极，厚度为100纳米，由此制备得到以二硫化钨纳米片材料作为空穴传输层的有机太阳电池。
二硫化钨纳米片材料分散液的溶剂是水。
二硫化钨纳米片材料分散液的浓度为0.1mg/ml～10mg/ml。
优选的电子传输层2为聚[(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)，厚度为5纳米。
优选的阴极1为铝，所述的阳极5为氧化铟锡，所述的衬底6为玻璃。
优选的共轭聚合物的给体为能作为电子给体的有机半导体，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[1,2-b:4,5-b’]-双噻吩-2,6-基][3-氟-2-[(2-乙基己基)羰基]噻吩-[3,4-b]二噻吩]](PTB7)等能作为电子给体的有机半导体，受体为[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯PC71BM，给体和受体的质量配比分别是1:1或者1:1.5。上述中，给体聚-[3己基噻吩](P3HT)、给体聚[[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)、给体聚[[4,8-二[(2-乙基己基)氧]苯[1,2-b:4,5-b’]-双噻吩-2,6-基][3-氟-2-[(2-乙基己基)羰基]噻吩-[3,4-b]二噻吩]](PTB7)分别与受体[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯PC71BM的质量配比分别是1:1、1:1.5和1:1.5。
本发明的二硫化钨纳米片材料可通过锂离子插入剥离法制备得到，二硫化钨本体材料和正丁基锂己烷溶液在100℃下反应生成LiXWS2，与水反应后得到单层的二硫化钨纳米片，并通过透析的方法除去锂离子。得到的二硫化钨纳米片进行超声波分散后加入水得到浓度为0.1mg/ml～10mg/ml的二硫化钨纳米片材料水溶液。
本发明的实施例如下：
实施例1：
通过化学溶液剥离法制备得到二硫化钨纳米片材料，其平均厚度为1纳米，平均大小为200纳米，图2为其原子力显微镜照片。
二硫化钨纳米片材料通过化学溶液剥离法制备得到，得到的二硫化钨纳米片材料经高速离心，进行超声波分散后得到浓度为2mg/ml的二硫化钨纳米片材料水溶液。
将表面刻蚀有条状氧化铟锡(ITO，阳极)的透明导电玻璃依次用洗洁精、水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在玻璃作为衬底的氧化铟锡(ITO)阳极上旋涂二硫化钨水溶液，以2000rpm(转/分钟)的转速旋涂1分钟，以上述条件旋涂2次后得到厚度为1纳米的二硫化钨薄膜，紫外臭氧处理10分钟；接着，在二硫化钨薄膜的空穴传输层上旋涂PTB7和PC71BM的混合溶液(给体和受体的质量配比是1:1.5)，以1300rpm的转速旋涂40秒，作为有机物光敏层；在有机物光敏层上旋涂PFN得到电子传输层，厚度为5纳米，转速为3000rpm，旋涂时间为30秒；在电子传输层上真空蒸镀铝作为阴极，阴极的厚度为100纳米，由此制备得到以二硫化钨纳米片材料作为空穴传输层的有机太阳电池，其电池结构如图1所示。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线(图3中曲线)，从中得到开路电压为0.74V，短路电流密度为16.54mA/cm2，填充因子为0.68，光电能量转换效率为8.37％。
实施例2：
通过化学溶液剥离法制备得到二硫化钨纳米片材料，其平均厚度为1纳米，平均大小为200纳米，图2为其原子力显微镜照片。
二硫化钨纳米片材料通过化学溶液剥离法制备得到，得到的二硫化钨纳米片材料经高速离心，进行超声波分散后得到浓度为2mg/ml的二硫化钨纳米片材料水溶液。
将表面刻蚀有条状氧化铟锡(ITO，阳极)的透明导电玻璃依次用洗洁精、水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在玻璃作为衬底的氧化铟锡(ITO)阳极上旋涂二硫化钨水溶液，以2000rpm(转/分钟)的转速旋涂1分钟，以上述条件旋涂6次后得到厚度为3纳米的二硫化钨薄膜，紫外臭氧处理10分钟；接着，在二硫化钨薄膜的空穴传输层上旋涂PTB7和PC71BM的混合溶液(给体和受体的质量配比是1:1.5)，以1300rpm的转速旋涂40秒，作为有机物光敏层；在有机物光敏层上旋涂PFN得到电子传输层，厚度为5纳米，转速为3000rpm，旋涂时间为30秒；在电子传输层上真空蒸镀铝作为阴极，阴极的厚度为100纳米，由此制备得到以二硫化钨纳米片材料作为空穴传输层的有机太阳电池，其电池结构如图1所示。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.74V，短路电流密度为16.33mA/cm2，填充因子为0.57，光电能量转换效率为6.88％。
实施例3：
通过化学溶液剥离法制备得到二硫化钨纳米片材料，其平均厚度为1纳米，平均大小为200纳米，图2为其原子力显微镜照片。
二硫化钨纳米片材料通过化学溶液剥离法制备得到，得到的二硫化钨纳米片材料经高速离心，进行超声波分散后得到浓度为2mg/ml的二硫化钨纳米片材料水溶液。
将表面刻蚀有条状氧化铟锡(ITO，阳极)的透明导电玻璃依次用洗洁精、水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在玻璃作为衬底的氧化铟锡(ITO)阳极上旋涂二硫化钨水溶液，以2000rpm(转/分钟)的转速旋涂1分钟，以上述条件旋涂4次后得到厚度为2纳米的二硫化钨薄膜，紫外臭氧处理10分钟；接着，在二硫化钨薄膜的空穴传输层上旋涂PTB7和PC71BM的混合溶液(给体和受体的质量配比是1:1.5)，以1300rpm的转速旋涂40秒，作为有机物光敏层；在有机物光敏层上旋涂PFN得到电子传输层，厚度为5纳米，转速为3000rpm，旋涂时间为30秒；在电子传输层上真空蒸镀铝作为阴极，阴极的厚度为100纳米，由此制备得到以二硫化钨纳米片材料作为空穴传输层的有机太阳电池，其电池结构如图1所示。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.74V，短路电流密度为16.37mA/cm2，填充因子为0.67，光电能量转换效率为8.15％。
实施例4：
通过化学溶液剥离法制备得到二硫化钨纳米片材料，其平均厚度为1纳米，平均大小为200纳米，图2为其原子力显微镜照片。
二硫化钨纳米片材料通过化学溶液剥离法制备得到，得到的二硫化钨纳米片材料经高速离心，进行超声波分散后得到浓度为2mg/ml的二硫化钨纳米片材料水溶液。
将表面刻蚀有条状氧化铟锡(ITO，阳极)的透明导电玻璃依次用洗洁精、水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在玻璃作为衬底的氧化铟锡(ITO)阳极上旋涂二硫化钨水溶液，以2000rpm(转/分钟)的转速旋涂1分钟，以上述条件旋涂10次后得到厚度为5纳米的二硫化钨薄膜，紫外臭氧处理10分钟；接着，在二硫化钨薄膜的空穴传输层上旋涂PTB7和PC71BM的混合溶液(给体和受体的质量配比是1:1.5)，以1300rpm的转速旋涂40秒，作为有机物光敏层；在有机物光敏层上旋涂PFN得到电子传输层，厚度为5纳米，转速为3000rpm，旋涂时间为30秒；在电子传输层上真空蒸镀铝作为阴极，阴极的厚度为100纳米，由此制备得到以二硫化钨纳米片材料作为空穴传输层的有机太阳电池，其电池结构如图1所示。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.74V，短路电流密度为15.80mA/cm2，填充因子为0.49，光电能量转换效率为5.73％。
实施例5：
通过化学溶液剥离法制备得到二硫化钨纳米片材料，其平均厚度为1纳米，平均大小为200纳米，图2为其原子力显微镜照片。
二硫化钨纳米片材料通过化学溶液剥离法制备得到，得到的二硫化钨纳米片材料经高速离心，进行超声波分散后得到浓度为0.1mg/ml的二硫化钨纳米片材料水溶液。
将表面刻蚀有条状氧化铟锡(ITO，阳极)的透明导电玻璃依次用洗洁精、水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在玻璃作为衬底的氧化铟锡(ITO)阳极上旋涂二硫化钨水溶液，以2000rpm(转/分钟)的转速旋涂1分钟，以上述条件旋涂2次后得到厚度为1纳米的二硫化钨薄膜，紫外臭氧处理10分钟；接着，在二硫化钨薄膜的空穴传输层上旋涂PTB7和PC71BM的混合溶液(给体和受体的质量配比是1:1.5)，以1300rpm的转速旋涂40秒，作为有机物光敏层；在有机物光敏层上旋涂PFN得到电子传输层，厚度为5纳米，转速为3000rpm，旋涂时间为30秒；在电子传输层上真空蒸镀铝作为阴极，阴极的厚度为100纳米，由此制备得到以二硫化钨纳米片材料作为空穴传输层的有机太阳电池，其电池结构如图1所示。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.71V，短路电流密度为15.73mA/cm2，填充因子为0.54，光电能量转换效率为6.03％。
实施例6：
通过化学溶液剥离法制备得到二硫化钨纳米片材料，其平均厚度为1纳米，平均大小为200纳米，图2为其原子力显微镜照片。
二硫化钨纳米片材料通过化学溶液剥离法制备得到，得到的二硫化钨纳米片材料经高速离心，进行超声波分散后得到浓度为10mg/ml的二硫化钨纳米片材料水溶液。
将表面刻蚀有条状氧化铟锡(ITO，阳极)的透明导电玻璃依次用洗洁精、水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在玻璃作为衬底的氧化铟锡(ITO)阳极上旋涂二硫化钨水溶液，以2000rpm(转/分钟)的转速旋涂1分钟，以上述条件旋涂2次后得到厚度为1纳米的二硫化钨薄膜，紫外臭氧处理10分钟；接着，在二硫化钨薄膜的空穴传输层上旋涂PTB7和PC71BM的混合溶液(给体和受体的质量配比是1:1.5)，以1300rpm的转速旋涂40秒，作为有机物光敏层；在有机物光敏层上旋涂PFN得到电子传输层，厚度为5纳米，转速为3000rpm，旋涂时间为30秒；在电子传输层上真空蒸镀铝作为阴极，阴极的厚度为100纳米，由此制备得到以二硫化钨纳米片材料作为空穴传输层的有机太阳电池，其电池结构如图1所示。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.68V，短路电流密度为14.81mA/cm2，填充因子为0.55，光电能量转换效率为5.45％。
实施例7：
通过化学溶液剥离法制备得到二硫化钨纳米片材料，其平均厚度为1纳米，平均大小为200纳米，图2为其原子力显微镜照片。
二硫化钨纳米片材料通过化学溶液剥离法制备得到，得到的二硫化钨纳米片材料经高速离心，进行超声波分散后得到浓度为2mg/ml的二硫化钨纳米片材料水溶液。
将表面刻蚀有条状氧化铟锡(ITO，阳极)的透明导电玻璃依次用洗洁精、水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在玻璃作为衬底的氧化铟锡(ITO)阳极上旋涂二硫化钨水溶液，以2000rpm(转/分钟)的转速旋涂1分钟，以上述条件旋涂2次后得到厚度为1纳米的二硫化钨薄膜，紫外臭氧处理10分钟；接着，在二硫化钨薄膜的空穴传输层上旋涂P3HT和PC71BM的混合溶液(给体和受体的质量配比是1:1)，以800rpm的转速旋涂30秒，作为有机物光敏层；在有机物光敏层上旋涂PFN得到电子传输层，厚度为5纳米，转速为3000rpm，旋涂时间为30秒；在电子传输层上真空蒸镀铝作为阴极，阴极的厚度为100纳米，由此制备得到以二硫化钨纳米片材料作为空穴传输层的有机太阳电池，其电池结构如图1所示。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.60V，短路电流密度为9.21mA/cm2，填充因子为0.58，光电能量转换效率为3.2％。
实施例8：
通过化学溶液剥离法制备得到二硫化钨纳米片材料，其平均厚度为1纳米，平均大小为200纳米，图2为其原子力显微镜照片。
二硫化钨纳米片材料通过化学溶液剥离法制备得到，得到的二硫化钨纳米片材料经高速离心，进行超声波分散后得到浓度为2mg/ml的二硫化钨纳米片材料水溶液。
将表面刻蚀有条状氧化铟锡(ITO，阳极)的透明导电玻璃依次用洗洁精、水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在玻璃作为衬底的氧化铟锡(ITO)阳极上旋涂二硫化钨水溶液，以2000rpm(转/分钟)的转速旋涂1分钟，以上述条件旋涂2次后得到厚度为1纳米的二硫化钨薄膜，紫外臭氧处理10分钟；接着，在二硫化钨薄膜的空穴传输层上旋涂PCDTBT和PC71BM的混合溶液(给体和受体的质量配比是1:1.5)，以1000rpm的转速旋涂80秒，作为有机物光敏层；在有机物光敏层上旋涂PFN得到电子传输层，厚度为5纳米，转速为3000rpm，旋涂时间为30秒；在电子传输层上真空蒸镀铝作为阴极，阴极的厚度为100纳米，由此制备得到以二硫化钨纳米片材料作为空穴传输层的有机太阳电池，其电池结构如图1所示。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线，从中得到开路电压为0.88V，短路电流密度为10.20mA/cm2，填充因子为0.65，光电能量转换效率为5.8％。
对比实施例1：
将表面刻蚀有条状氧化铟锡(ITO，阳极)的透明导电玻璃依次用洗洁精、水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声振荡15分钟后，烘干，再用氧等离子体处理15分钟；然后在玻璃作为衬底的氧化铟锡(ITO)阳极上旋涂PEDOT:PSS水溶液，以3000rpm(转/分钟)的转速旋涂30分钟，空气中140℃烘烤10分钟，得到厚度为30纳米的空穴传输层；接着，在PEDOT:PSS膜的空穴传输层上旋涂PTB7和PC71BM的混合溶液(给体和受体的质量配比是1:1.5)，以1000rpm的转速旋涂80秒，作为有机物光敏层；在有机物光敏层上旋涂PFN得到电子传输层，厚度为5纳米，转速为3000rpm，旋涂时间为30秒；在电子传输层上真空蒸镀铝作为阴极，阴极的厚度为100纳米，由此制备得到以PEDOT:PSS作为空穴传输层的有机太阳电池，其电池结构如图1所示。
在光照强度为100mW/cm2的AM1.5模拟太阳光照射下，测试该器件的电流－电压曲线(图3中曲线)，从中得到开路电压为0.75V，短路电流密度为16.23mA/cm2，填充因子为0.73，光电能量转换效率为8.94％。
由此可看出，本发明通过具体实验研究，发现二硫化钨纳米片材料很适宜作为现有空穴传输材料(PEDOT:PSS)的替代品。从实施例的数据看出，以二硫化钨纳米片材料作为空穴传输层的有机太阳电池与基于现有空穴传输材料的有机太阳电池的电池性能非常接近，具体说来两者的开路电压、短路电流和填充因子非常接近，从而得到的太阳电池的效率也几乎相同的。总之，该类二硫化钨纳米片材料不仅在理论上是一种合适的空穴传输材料，在实际中也取得了非常好的实验效果。因此，这种可溶液加工、无需高温退火、空穴迁移率高的二硫化钨纳米片材料是一种现有空穴传输材料(PEDOT:PSS)的理想替代品，将其引入有机太阳电池中对于推动有机太阳电池的产业化应用具有重要意义。
上述具体实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1. 一种基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池，包括从上到下依次排布的阴极（1）、电子传输层（2）、有机光敏层（3）、空穴传输层（4）、阳极（5）和衬底（6），其特征在于：所述空穴传输层（4）为二硫化钨纳米膜，由二硫化钨纳米片制备而成。
2. 根据权利要求1所述的一种基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池，其特征在于：所述的二硫化钨纳米片为单层，厚度为1~2纳米，长度为50纳米~400纳米。
3. 根据权利要求1所述的一种基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池，其特征在于：所述的二硫化钨纳米膜的厚度为1~5纳米。
4. 根据权利要求1所述的一种基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池，其特征在于：所述的电子传输层（2）为聚[(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)]，厚度为5纳米。
5. 根据权利要求1所述的一种基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池，其特征在于：所述的阴极（1）为铝，所述的阳极（5）为氧化铟锡，所述的衬底（6）为玻璃。
6. 根据权利要求1所述的一种基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池，其特征在于：所述的共轭聚合物的给体为能作为电子给体的有机半导体，具体为聚-[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[1,2-b:4,5-b’]-双噻吩-2,6-基][3-氟-2-[(2-乙基己基)羰基]噻吩-[3,4-b]二噻吩]]，受体为[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯（PC71BM），给体和受体的质量配比是1:1或者1:1.5。
7. 根据权利要求1~6任一所述的一种基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池的制备方法，其特征在于包括：
1）在玻璃衬底的氧化铟锡阳极上旋涂二硫化钨纳米片材料分散液，旋涂后紫外臭氧处理5~30min，制备得到单层的二硫化钨纳米膜，作为空穴传输层，其厚度为1~5纳米；
2）在二硫化钨纳米膜的空穴传输层上旋涂由共轭聚合物的给体和受体混合溶液制得的有机物光敏层，厚度为100纳米；
3）在有机物光敏层上旋涂聚[(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)]得到电子传输层，厚度为5纳米；
4）在空穴传输层上真空蒸镀铝作为阴极，厚度为100纳米，由此制备得到以二硫化钨纳米片材料作为空穴传输层的有机太阳电池。
8. 根据权利要求7所述的一种以二硫化钨纳米片材料作为空穴传输层的有机太阳电池的制备方法，其特征在于：所述的二硫化钨纳米片材料分散液的溶剂是水。
9. 根据权利要求7所述的一种基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池的制备方法，其特征在于：所述的二硫化钨纳米片材料分散液的浓度为0.1mg/ml~10mg/ml。
10. 根据权利要求7所述的一种基于二硫化钨纳米片材料的有机太阳电池的制备方法，其特征在于：所述的共轭聚合物的给体为能作为电子给体的有机半导体，具体为聚-[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[1,2-b:4,5-b’]-双噻吩-2,6-基][3-氟-2-[(2-乙基己基)羰基]噻吩-[3,4-b]二噻吩]]，受体为[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯（PC71BM），给体和受体的质量配比是1:1或者1:1.5。
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