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太阳能是一种洁净的、可再生的能源,通过制备基于微纳结构的光电化学太阳能电池,能够实现类似自然界中光合作用的光电化学过程,即利用太阳光分解水获得氢气,将太阳能存储于氢气之中,从而获得便于存储和运输的氢能源,这具有极大的应用前景。在光电化学太阳能电池的制造中,关键是其光电极的微纳结构的设计与制造,本文针对这一点,结合优秀青年科学基金项目“仿生微纳制造与应用研究”和国家自然科学基金项目“染料敏化太阳能电池光阳极结构的仿生设计与可控制备”的需求,提出以Si/ZnO微纳分级结构作为光电化学太阳能电池光电极,具体工作如下：1、Si/ZnO纳米／纳米分级结构制备及其光制氢领域的应用研究。研究了金属催化刻蚀工艺和水热生长工艺,在Si基底上制备了Si纳米线阵列和ZnO纳米线阵列,详细的对金属催化刻蚀的机理及其工艺进行了研究。基于以上两种工艺制备了Si/ZnO纳米／纳米分级结构,并进行了进一步的表征。探索了基于微纳结构的光电化学太阳能电池光电极的封装工艺,分析了其工作机理,搭建了光电化学太阳能电池性能测试平台,将Si/ZnO纳米／纳米分级结构封装为光电化学太阳能电池光电极,测试并分析了其光制氢性能,实验结果表明,分级结构较生长在平面Si上的ZnO纳米线阵列其光电流有了显著提高。2、Si/ZnO微米／纳米分级结构制备及其在光制氢领域的应用研究。搭建了用于Si微米线阵列生长的CVD工艺平台,包括气源、气体传输系统、高温工艺腔、真空装置和尾气处理装置等,研究了Si微米线阵列的CVD-VLS生长制备工艺。基于水热生长工艺和CVD-VLS生长工艺,以Si微米线阵列为核心制备了Si/ZnO微米／纳米分级结构,并将其封装为光电化学太阳能电池光电极,测试了其光制氢性能,实验结果表明,分级结构具有较好的光制氢性能。3、复合Si/ZnO微米／纳米分级结构制备及其光制氢领域的应用研究。针对Si/ZnO微米／纳米分级结构光吸收效率不高的现象,提出了对Si/ZnO微米／纳米分级结构进一步进行修饰的方法及其工艺,即以窄禁带宽度的半导体材料CdS和CdSe薄膜修饰分级结构中的ZnO纳米线,提高复合材料的光吸收效率,并进一步修饰IrOx纳米颗粒,从而得到了Si/ZnO/CdS/CdSe/IrOx微米／纳米复合分级结构。另一方面,修饰后的复合结构是一种两级核壳结构,这也有助于光电化学性能的提升。本文对修饰结构进行了表征,并测试了修饰后的分级结构的光电化学性能,光电流较未修饰之前得到大幅提升,光电极在持续光照中表现了出非常好的光化学稳定性。