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       Ti₃C₂T_x作為MXene家族的典型代表，因其優異的透光率、電導率、可調功函數(WF)和低溫溶液可加工性等性能而備受關注。然而，Ti₃C₂T_x中需要調整的功函數和大量的晶體缺陷極大地限制了其在電子器件中的應用。本文通過對Ti₃C₂T_x進行氨基酸修飾來調節Ti₃C₂T_x的WF并鈍化其缺陷位點，從而改善Ti₃C₂T_x的電性能，提高有機太陽能電池(OSCs)的性能。氨基酸與Ti₃C₂T_x通過電荷轉移相互作用，在表面形成表面偶極子，降低了Ti₃C₂T_x的WF。此外，氨基酸的-NH₂鈍化Ti₃C₂T_x中帶負電荷的Ti空位，而氨基酸的-COOH鈍化帶正電荷的C空位，從而提高Ti₃C₂T_x的電導率。因此，以氨基酸修飾的Ti₃C₂T_x作為新型電子傳遞層(ETL)的OSCs表現出超過18%的功率轉換效率(PCE)和良好的器件穩定性。這項工作表明，高性能的OSCs可以通過使用環境友好的氨基酸來制造，這激發了研究人員尋找利用天然材料制造高效設備的想法。
 
圖1. Ti₃C₂T_x的(a)TEM圖，(b) HRTEM， (c) AFM圖像。
 
圖2. (a) Ti 2p， (b) O 1s和(c) Ti₃C₂T_x的高分辨率XPS光譜。(a) Ti 2p， (b) O 1s和(c) F 1s的Ti₃C₂T_x/ Gly的高分辨率XPS光譜。Ti₃C₂T_x和氨基酸修飾的Ti₃C₂T_x的(g) Ti 2p、(h) O 1s和(i) F 1s的變化趨勢。
 
圖3. (a)紅外光譜;(b) Ti₃C₂T_x、Ti₃C₂T_x/Gly、Ti₃C₂T_x/D-Ala、Ti₃C₂T_x/L-Cys、Ti₃C₂T_x/L-Lys、Ti₃C₂T_x/L-Arg的放大紅外光譜。
 
圖4. (a)甘氨酸、d -丙氨酸、l -半胱氨酸、l -賴氨酸和l -精氨酸的分子結構和映射到總電子表面的ESP。(b) Glycine和Ti₃C₂T_x通過氫鍵相互連接的示意圖。(c) Ti₃C₂T_x界面甘氨酸形成偶極子引起的能級變化示意圖。(d) Ti₃C₂T_x、Ti₃C₂T_x/Gly、Ti₃C₂T_x/ d - ala、Ti₃C₂T_x/L-Cys、Ti₃C₂T_x/L-Lys、Ti₃C₂T_x/ L-Arg的UPS光譜。
 
圖5. 甘氨酸與Ti₃C₂T_x表面不同官能團(a) -F、(b) -O、(c) -OH、(d) Ti原子空位相互作用的微分電荷分布圖。
 
圖6 (a) Ti₃C₂T_x、Ti₃C₂T_x/Gly、Ti₃C₂T_x/D-Ala、Ti₃C₂T_x/L-Cys、Ti₃C₂T_x/L-Lys、Ti₃C₂T_x/L-Arg薄膜的拉曼光譜和(b) EPR光譜。(c)經甘氨酸鈍化的Ti₃C₂T_x表面的示意圖。(d) Ti₃C₂T_x和Ti₃C₂T_x/Gly薄膜中的載流子轉移和重組示意圖。(e) ITO/Ti₃C₂T_x或經氨基酸/Ag器件修飾的Ti₃C₂T_x的I-V特性。
 
圖7 (a)本工作中使用的OSCs裝置的結構。(b)各層能級示意圖。(c) J-V曲線和(d)以Ti₃C₂T_x、Ti₃C₂T_x/Gly、Ti₃C₂T_x/ d - ala、Ti₃C₂T_x/L-Cys、Ti₃C₂T_x/L-Lys、Ti₃C₂T_x/L-Arg和ZnO作為etl的PM6:BTP-eC9 OSCs的EQE光譜。以Ti₃C₂T_x/L-Lys為ETLs的PM6:BTP-eC9 (e)柔性器件和(f)大面積(0.99 cm²)器件的J-V曲線。
 
圖8 (a)基于Ti₃C₂T_x、Ti₃C₂T_x/Gly、Ti₃C₂T_x/D-Ala、Ti₃C₂T_x/L-Cys、Ti₃C₂T_x/L-Lys、Ti₃C₂T_x/L-Arg和ZnO作為ETLs的PM6:BTP-eC9 flms的PL光譜。(b)暗條件下JV曲線，(c) Jph-Veff曲線，(d) Voc-I曲線，(e) Jsc-I曲線，(f)以Ti₃C₂T_x、Ti₃C₂T_x/Gly、Ti₃C₂T_x/ d - ala、Ti₃C₂T_x/L-Cys、Ti₃C₂T_x/L-Lys、Ti₃C₂T_x/L-Arg和ZnO為etl的基于PM6的OSCs中未封裝器件的長期穩定性性能。
 
        相關科研成果由華南理工大學物理與光電學院Huangzhong Yu等人于2023年發表在Nano Energy（https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108691）上。原文：Amino acid modifed Ti₃C₂T_x as electron transport layers for high-performance organic solar cells.
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285523005281?via%3Dihub。

轉自《石墨烯研究》公眾號