石墨烯光敏层
在异质结太阳能电池中，石墨烯和氧化石墨烯均可作为活性界面层、电子空穴分离层、空穴传输层或电子传输层等形式的光活性层。作为一类普通材料，石墨烯光敏层的PCE值在0.4 ~ 10.3%之间，取决于石墨烯衍生物和所产生的光敏层类型。
目前有数百个石墨烯光敏层被用作异质结太阳能电池。
无论是CVD法、火焰热解法还是其他方法，由几层纯石墨烯薄膜组成的光活性层的PCE范围在1.01-2.88%之间。他们可以利用石墨烯层旁边的n型硅作为n型异质结。加入硝酸可将纯石墨烯异质结的PCE提高至4.35%，其中最多可在10天后保留4.18%的PCE。
石墨烯还可以涂覆在n型硅纳米线阵列上，纳米线比平面纳米线更好地抑制和捕获光线。然而，即使在掺杂了亚硫酰氯之后，它们的PCE值仍然低于平面石墨烯-硅异质结。
平面石墨烯-硅太阳能电池也可以掺杂亚硫酰氯，其PCE低于硝酸掺杂，但高于纯石墨烯-硅异质结，其PCE为3.93%。与硝酸相比，亚硫酰氯的高挥发性是其掺杂效应较低的原因。
垂直的接口是最重要的部分和CVD-grown单层石墨烯(97%透明度,350Ωm-2)硅可以展览PCE的5.38 - -7.85%,远远大于垂直多层石墨烯。如果加入二氧化硅的反反射层，这个值可以进一步提高到8.94%。
除了纯石墨烯，许多石墨烯杂化材料以光活性层的形式存在。其中一个例子是锂中和的氧化石墨烯(GO-Li)，它是太阳能电池的光活性层和电子传输层之间的界面层。与没有GO-Li层的太阳能电池相比，这些层的加入可以使太阳能电池的PCE增加6.29%。这些层的厚度可以调节光伏性能，更厚的层产生更高的PCE增加，这层也提高了太阳能电池在太阳照射、水分和空气下的稳定性。
石墨烯量子点和结晶硅可作为电子阻挡层，以防止电荷载体在太阳能电池阳极的复合。在这些电池中，由于不同的末端基团，即氧化物、氢和甲基基团，表面可能发生钝化。含有甲基末端基团的细胞表现出最佳的PCE，最高为6.63%，而氢和氧化末端基团分别为2.24和2.92。
然而，随着时间的推移，会发生退化，短路值可能下降超过5 mAcm-2, PCE可能下降1.2%。
氧化石墨烯可与金纳米粒子一起用于制造阳极缓冲层。在这些杂交品种中，通常以甘氨酸或柠檬酸钠的形式使用封头剂，其PCE范围为2.82-3.34%。然而，在太阳能电池中加入P3HT和IBCA可以将PCE提高到5.10%。
氧化石墨烯纳米带(GORs)可用于许多太阳能电池的空穴提取层。这些层已经被开发来取代现有的基于ito的材料，并且到目前为止已经设法将太阳能设备的PCE从2.20%提高到4.19%。
除了PCE外，GORs的掺入比ITO电阻产生更低的片电阻和更高的分流电阻。
太阳能电池装置中的电子提取材料可以用cs中和的氧化石墨烯制造。利用这些材料的太阳能电池的pce高达3.67%。然而，更重要的是，在正常和反向器件中，光敏层被发现与电极材料独立工作。这些材料的电荷中和能力可以逆转异质结太阳能电池的电荷提取特性。
最有效的石墨烯光活性层之一是由含有氧化石墨烯、PEDOT:PSS和n型硅纳米线的混合材料制成的。氧化石墨烯的wt%对器件的PCE有深刻影响，最佳浓度为30%，PCE最高可达9.57%。相比之下，用硅纳米线代替平面硅会使PCE大幅下降到4.30%。这些层不仅比类似组成的非石墨烯光活性层具有更高的光学透明度，而且激子衰变也有所减少。
石墨烯肖特基结砷化镓太阳能电池
砷化镓太阳能电池是目前研究最广泛的异质结类型之一，即肖特基结太阳能电池。尽管有大量的研究，但只有少数达到了可与其他异质结和PSCs相媲美的PCE水平。然而，那些获得高pce的是一些最高效的石墨烯太阳能电池。
砷化镓的带隙优于硅，载流子的迁移率是硅的六倍。理论上，砷化镓异质结有潜力生产高效太阳能电池，但目前生产的设备在质量上有所不同。其中一种电池它是基于cvd生长的单层和多层石墨烯，基于n型砷化镓衬底，其PCE仅为1.95%，开路电压为0.65 V。
另一个例子是使用石墨烯的柱状阵列图案硅衬底，其PCE仅为1.96%。使用硝酸掺杂，电池的PCE最高可达3.55%，但仍低于许多其他太阳能电池。相比之下，由CdS纳米线和石墨烯制成的肖特基结太阳能电池的PCE仅为1.65%。这表明，不仅是砷化镓太阳能电池，肖特基结太阳能电池的质量也有很大的差异。
在高成就者中，一个例子是由n型硅和TFSA掺杂的石墨烯肖特基结组成的太阳能电池。合成方法简单，PCE最高可达8.6%，比未掺杂的PCE高4.5倍，比其他砷化镓太阳能电池高6倍。在这些器件上掺杂TFSA不仅提高了它们的性能，而且与未掺杂的版本相比，还增强了器件对氧和湿度的稳定性。
一种质量更好的砷化镓太阳能电池是由砷化镓衬底和石墨烯、氮化硅(SiNx)绝缘层和银色“手指”组成的电池。与其他太阳能电池相比，这些太阳能电池的效率要高得多，光电转换系数在10.4%到15.5%之间。通过优化开路电压、结理想因子、石墨烯电阻和内部界面接触，这些太阳能电池理论上有可能实现高达25.8%的PCE。
由石墨烯/半导体范德瓦尔斯肖特基二极管组成的太阳能电池，具有可调的栅极和费米能级，在效率方面处于领先地位。异质结利用石墨烯-介质-石墨烯栅实现最高18.5%的PCE，比其他砷化镓太阳能电池高得多。开路电压，虽然不是最好的相比，其他太阳能电池类，是优于许多其他砷化镓太阳能电池，价值0.96 V。除了生产高效的太阳能电池，还有理论预测这些电池的PCE可以提高到23.8%。
最近的两种砷化镓太阳能电池显示出接近商用太阳能电池的价值，而直到最近，硅基太阳能电池才达到最高22.5%的PCE。所以，通过一些优化，尽管在整个太阳能电池的质量上存在差异，一些GaAs可以达到与商业太阳能电池相当的效率。最近硅基太阳能电池的发展已经实现了高达26%的PCE，但这只是刚刚被发现，目前仅限于学术实验室。
石墨烯太阳能电池设计实验
石墨烯透明电极
要生产用于异质结太阳能电池的石墨烯透明电极，首先要在铜箔上生产或购买石墨烯。为了制备这种电极，需要一种改进的转移方法。转移、沉积PMMA并固化，然后用FeCl3溶液蚀刻铜箔，用去离子水漂洗三次。
下一步是用去离子水冲洗pmma -石墨烯，并将其置于玻璃基板上。再滴一滴PMMA在材料上，用丙酮固化并除去PMMA。将转移的石墨烯薄膜与硝酸蒸汽(浓度为69%，10秒)混合。
为了制造设备本身，需要用PEDOT:PSS制备硅片。用丙酮、乙醇和去离子水清洗硅片半小时，氯化、烷基化处理。将PEDOT:PSS与DMSO (5% wt)和Triton (1% wt)混合搅拌，保证混合均匀。
制作电池本身，使用物理气相沉积(PVD)，在硅晶圆背面沉积LiF (0.6 nm)和Al (200 nm)电极。在硅晶圆和石墨烯玻璃基板(4000 rpm, 1分钟，70-80纳米厚度)上旋转涂覆PEDOT:PSS溶液。在手套箱中退火有机薄膜(125°C, 30分钟)。封装太阳能电池，使用夹子和AB胶将硅片和石墨烯玻璃基板牢牢粘在一起。
石墨烯Ga/As太阳能电池
前景看好的Ga/As太阳能电池有进一步优化商业使用的潜力。首先，在铜箔上种植石墨烯。接下来，将Ga/As晶圆片上的氧化物浸入HCl溶液(重量为10%，3分钟)中去除，并通过热蒸发将金触点(60纳米厚度)贴在晶圆片的背面。通过等离子增强CVD在Ga/As表面上沉积一层(80 nm)的SiNx层，并采用光刻工艺掩膜，作为Ga/As与石墨烯之间的绝缘层。打开Ga/AS上的一个窗口(活动区域)，在HCl溶液中浸泡(重量10%，5分钟)，然后用去离子水冲洗。使用NH3等离子体处理(120w 27.5 MHz射频发生器处理5分钟)处理活性区。
使用PMMA作为支撑将石墨烯片转移到基板上。用丙酮除去PMMA，在石墨烯上(SiNx区以上)粘贴银，然后退火(120°C, 5分钟)。旋转涂覆TFSA(双(三氟甲烷磺酰)酰胺)使石墨烯聚合。添加一个反反射层——一个电子束蒸发的Al2O3薄膜(68纳米厚度)。制备栅极时，用与之前相同的方法将一层额外的石墨烯转移到活性区，活性区被氧化铝覆盖。取出PMMA，将银栅电极粘贴到石墨烯栅上，然后退火(120°C, 5分钟)。
石墨烯太阳能电池的未来发展
太阳能电池一直是学术界和工业界研究的热点，并不断有新的进展。大多数正在生产的太阳能电池使用硅和无机基材料，这些材料在某一时刻将达到它们的极限。
石墨烯衍生物的有机分子、低带隙聚合物或两者的结合，将会给行业带来一场革命，并导致许多商业上可行的太阳能电池设备架构。
到目前为止，石墨烯太阳能电池已经取得了巨大的进步，而且这种进步将一直持续到未来。优化各种参数的能力使石墨烯基太阳能电池具有很高的可调性和适应性，以应对未来太阳能研究的挑战。
无论是通过改进现有的太阳能电池、改进现有的非石墨烯太阳能电池的性能，还是通过创造一系列新的石墨烯光伏发电技术，石墨烯在这一令人兴奋且快速发展的领域中扮演着重要的角色。
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