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       Ti₃C₂T_x作為MXene家族的典型代表，因其優(yōu)異的透光率、電導(dǎo)率、可調(diào)功函數(shù)(WF)和低溫溶液可加工性等性能而備受關(guān)注。然而，Ti₃C₂T_x中需要調(diào)整的功函數(shù)和大量的晶體缺陷極大地限制了其在電子器件中的應(yīng)用。本文通過對Ti₃C₂T_x進(jìn)行氨基酸修飾來調(diào)節(jié)Ti₃C₂T_x的WF并鈍化其缺陷位點(diǎn)，從而改善Ti₃C₂T_x的電性能，提高有機(jī)太陽能電池(OSCs)的性能。氨基酸與Ti₃C₂T_x通過電荷轉(zhuǎn)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(fù)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(dǎo)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(xiàn)出超過18%的功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)和良好的器件穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作表明，高性能的OSCs可以通過使用環(huán)境友好的氨基酸來制造，這激發(fā)了研究人員尋找利用天然材料制造高效設(shè)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(jié)構(gòu)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(tuán)(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(jīng)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(zhuǎn)移和重組示意圖。(e) ITO/Ti₃C₂T_x或經(jīng)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(jié)構(gòu)。(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(wěn)定性性能。
 
        相關(guān)科研成果由華南理工大學(xué)物理與光電學(xué)院Huangzhong Yu等人于2023年發(fā)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(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號