太阳能电池技术是目前各种新能源技术中最具有潜力和应用前景的技术之一。目前硅基太阳能电池经过大量的发展与研究已经具有十分成熟的工艺并占据了 90%以上的市场份额。但是由于其复杂的工艺导致成本过高,近年来,基于二维材料的新型结构太阳能电池受到了人们的广泛关注。石墨烯(Gr)是一种由单层的碳原子组成的新型碳材料,并且具有优异的光电性能,因此,关于石墨烯性能和应用的研究已经成为了目前的热点。石墨烯与半导体结合制备的太阳能电池由于其工艺简单,制造成本低,被认为是一种很有前景的电池技术。本文围绕石墨烯/砷化镓(Gr/GaAs)肖特基结太阳能电池的制备与性能优化展开研究,并得到了以下结果:(1)通过对Gr/GaAs电池背电极的选择、改进以及石墨烯的层数三个方面来优化电池的性能。相比于In-Ga和未经过热处理的Au,使用经过热处理的Au作为背电极能得到较好的电池性能。采用了 Ge/Au作为优化后的电极结构,可以减少电极与砷化镓之间的接触电阻,获得更高的开路电压,并使得Gr/GaAs电池的效率从2.4%提升到了4.7%。在探究石墨烯层数的实验中,发现单层石墨烯与砷化镓结合而成的太阳能电池能够获得最佳的性能。(2)在Gr/GaAs电池中加入2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴(Spiro-OMeTAD)作为电子阻挡-空穴传输层来降低石墨烯与砷化镓界面处载流子的复合,促使电池反向饱和电流显著降低,使得电池的开路电压和短路电流密度都有较大的提升。通过改变Spiro-OMeTAD旋涂液的浓度的方式对薄膜的厚度进行优化。实验结果表明,当Spiro-OMeTAD薄膜太薄时,薄膜无法将石墨烯表面完全覆盖,其中存在孔洞导致电池性能降低;当Spiro-OMeTAD薄膜太厚时,其吸光严重而且阻碍载流子的传输,对电池性能也不利,当其厚度为34-39 nm时,电池性能达到最佳,获得了 7.7%的光电转换效率。(3)通过等离子体增强化学气相沉积系统(PECVD)在铜基底上生长出石墨烯纳米墙(GrNWs),用各种表征手段探索生长时间对石墨烯纳米墙的影响,并且制备了石墨烯纳米墙/砷化镓肖特基结太阳能电池。实验发现,当石墨烯纳米墙的生长时间设定为60 s的时候,电池的性能达到最优,光电转换效率为3.93%。之后对GrNWs/GaAs电池进行化学掺杂和采用氧化钛(TiO2)作为减反射薄膜,使得电池效率提升至4.9%。TiO2薄膜对于电池稳定性起到保护作用,使其在空气中放置2周后,仍然保持了 90%的光电转换效率。