用于CdTe太阳能电池的含有CuS结构的二维结构rGO背接触层的开发

《ACS Applied Electronic Materials》：Development of 2D Structured CuS-Incorporated rGO Back Contact Layer for CdTe Solar Cells

CuS-rGO复合后接触层通过超声化学与旋涂法制备，有效抑制Cu2+迁移并优化CdS/CdTe异质结太阳能电池能带对齐。CR1样品（CuS:rGO=1:1）在FTO/CdS/CdTe结构上旋涂后，器件性能显著提升，Voc达0.760 V，PCE达9.70%，具有良好重复性。首次系统研究该纳米复合材料在薄膜光伏中的应用。

　　

通过结合声化学和旋涂方法，开发了用于CdS/CdTe异质结太阳能电池的独特CuS-rGO复合背接触材料。将CuS掺入rGO基体中可以调节rGO的电学性能，并减少Cu²⁺向CdTe吸收层的迁移。在本研究中，CuS、rGO和CuS-rGO纳米复合材料分别通过沉淀法、改进的Hummer法及声化学方法制备。通过改变CuS与rGO的比例，制备了三种不同的复合材料。对裸露的CuS、rGO和CuS-rGO复合材料的结构、相结晶、光学、形态、成分、化学、电学和电子性能进行了分析。利用紫外光电子能谱（UPS）进行的定量带对齐分析表明，在CuS-rGO复合材料/CdTe界面形成了近似欧姆接触，CuS-rGO与CdTe的价带（Δ_EVB）和导带（Δ_ECB）的偏移值分别为0.40 eV和0.33 eV（CuS与rGO的比例为1:1的CR1样品）。通过将CuS、rGO和CuS-rGO纳米复合材料旋涂在FTO/CdS/CdTe结构上制备了背接触层，并对其性能进行了测试，并与没有背接触层的参考电池（FTO/CdS/CdTe/Ag）进行了比较。在测试的电池中，采用CR1复合材料作为背接触的电池表现出最佳性能，其开路电压（Voc）、短路电流密度（Jsc）、填充因子（FF）和光电转换效率（PCE）分别为0.760 V、22.25 mA/cm、57.35%和9.70%，且重复性良好。据我们所知，这是关于CuS-rGO纳米复合背接触层在薄膜光伏领域的首项研究。