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石墨烯是重要的二维材料,其具有优异的光电性能(如高透光率,极高的载流子迁移率)而成国际学术界研究的热点。将石墨烯与晶体硅结合制备石墨烯-硅异质结新型太阳电池,可以省去晶体硅太阳电池制程中的高温扩散工艺,放宽对硅材料的纯度要求,有望在较低的生产成本下实现较高的光电转化效率,从而成为一种具有重要潜力的新型太阳电池。但目前这种电池的效率还很低,稳定性也比较差,需要深入地研究和探讨。本文围绕提高石墨烯-硅太阳电池效率的主要目标,在石墨烯-硅界面优化和石墨烯性能调控两方面做了系统研究,得到了以下主要创新结果：(1)在石墨烯和硅界面处引入化学性质与石墨烯相似,但电学上是绝缘体的氧化石墨烯薄膜作为介质层,优化了石墨烯-硅界面。研究发现氧化石墨烯薄膜的引入可以提高石墨烯-硅太阳电池的开路电压,并且可以有效地抑制少数载流子在硅-石墨烯界面处的复合,提高电池的短路电流密度和填充因子。这两方面的共同作用使石墨烯-硅太阳电池的效率获得近3倍的提升,最高效率达到6.18%,且具有较好的长期稳定性,超过了目前文献报道的无化学掺杂石墨烯-硅太阳电池的效率。(2)在石墨烯和硅之间引入带有固定负电荷的氧化铝薄膜,优化石墨烯-硅界面。研究发现由固定负电荷和石墨烯-硅功函数差引起的表面能带弯曲,可以使较高电阻率的硅基底表面发生强反型,由此产生的场钝化效应可以有效地抑制少数载流子在石墨烯-硅界面处的复合。同时,硅表面发生强反型也使石墨烯-硅太阳电池转变为类似于p-n结电池的MIS IL (metal-insulator-semiconductor inversion layer)电池,有效抑制了多数载流子的热激发电流,降低了电池的反向向饱和电流。两者的共同作用使得石墨烯-硅太阳电池的各项参数(短路电流密度,开路电压,填充因子)均有显著提升,电池最高效率达到8.44%,进一步提高了无化学掺杂石墨烯-硅太阳电池的效率记录。(3)利用电场掺杂调控石墨烯性能。在实验上同时实现了外加电场掺杂和内建电场掺杂,后者是通过将铁电高分子材料(偏二氟乙烯与三氟乙烯的共聚物)引入石墨烯-硅太阳电池结构,利用其极化产生的内建电场实现的。实验结果表明,通过电场掺杂调节石墨烯的费米能级(功函数),可以使石墨烯-硅太阳电池的效率提高1-2倍。(4)通过和银纳米线复合,调控石墨烯性能。研究发现石墨烯的导电性可被有效提升而其功函数保持不变。将方块电阻达9 Ω/□,品质因子达168,具有良好热稳定性和长期稳定性的石墨烯-氧化石墨烯-银纳米线复合薄膜,用于制备工作面积放大1-2倍的石墨烯-硅太阳电池,可以有效提高电池的填充因子,获得最高效率为8.68%的无化学掺杂石墨烯-硅太阳电池。