作为一种可以将光能直接转换为电能的装置，太阳能电池从1954年在Bell实验室诞生以来一直受到人们的广泛关注，特别是近十年纳米结构在光电性质方面的巨大发展为实现经济型的第三代太阳能电池提供了可能。纳米结构太阳能电池与传统的光伏设备相比不仅可以降低成本以及简化制备手段和工艺，而且由于纳米结构所特有的表面和界面效应将引起自身产生奇特的物理化学性质，从而有效的提高内/外量子效率和光电性质。然而，虽然纳米结构具有提高光电性质的潜力，甚至可以将光电转换效率提高到Shockley-Queisser理论极限以上，但是目前实验上得到的单节纳米结构太阳能电池的转换效率依然远低于这一结果。这是由纳米结构的光学性质受自身尺寸影响非常大所导致的。事实上，当样品材料的尺寸下降到纳米量级后，体系具有的高体表比和具有高配位缺陷的表面或界面原子将导致边界原子键长自发的收缩和变强，从而诱使整个体系处于自平衡态，改变纳米结构的光电性质和输运性质。此外，由于材料尺寸的逐渐下降到低于临界尺寸之后，纳米结构将不能保持一个完整的耗尽层，导致表面能带弯曲度和表面势垒的降低，从而引起表面复合的增强。因此，如何有效地调制纳米结构的光电性质和输运性质以及降低电子-空穴的复合已成为制约纳米结构在光伏产业以及光电应用上的最大挑战之一。　　在本论文中，基于键弛豫理论以及细致平衡原理，我们建立了一套解析模型来探索表面和界面效应对纳米结构太阳能电池的光电性质和输运性质的影响。首先，我们研究了尺寸以及外界温度依赖的纳米结构太阳能电池光电转换效率;其次，以核壳纳米结构以及纳米锥太阳能电池为例，研究了外延层和表面形貌对表面复合和光反射的抑制作用，以及对载流子输运的增强机制;此外，基于费米统计理论和费米黄金定则，还研究了纳米结构多重激子效应和俄歇复合的尺度依赖。取得的主要成果有:　　(1)基于键弛豫理论，从原子层次研究了纳米结构的尺寸，形貌以及温度对光电转换效率的影响。通过研究发现表面原子自发的收缩以及热效应所诱导的自平衡应变是引起光电性质变化的主要原因。在不考虑复合率的影响下，纳米结构的转换效率随尺寸减小将展现出先缓慢增大之后迅速变小的趋势，并具有明显形貌差异。　　(2)研究了纳米结构太阳能电池的复合机制和光吸收性质。以核壳纳米线和纳米锥为例，利用键弛豫理论模型得到了不同外延层厚度以及形貌对表面复合和光吸收的影响。结果表明:外延层的存在不仅可以减小纳米结构的表面效应，提高体系的稳定性，还可有效的降低表面态和抑制载流子的复合，从而实现提高光电转换效率的目的。而纳米锥至上而下的形貌变化梯度有利于提高光的吸收和降低表面复合，从而有效的促进了光电转换效率。另外，我们还发现光吸收和表面复合两者的竞争关系决定着最佳转换效率。　　(3)利用费米统计理论和费米黄金定则分别研究了纳米结构尺度以及形貌对多重激子效应和俄歇复合的影响。我们发现纳米锥以及小尺寸的纳米结构有利于提高高能光子的利用率，使得在吸收一个高能光子可以有效激发出新的电子-空穴对，从而提高了多重激子效应和抑制阈值能。而纳米线由于具有较低的带隙和限制效应，因此在实现高效的光电性质和抑制俄歇复合过程具有非常明显的效果。另外，研究结果还表明多激子俄歇复合的寿命是由能带结构和纳米结构尺寸之间的耦合效应所决定的，呈E7/2gD7的关系式。这一结果导致俄歇复合寿命与尺寸在双对数坐标下近似呈线性关系，Dp，而p则随尺寸的改变而变化。我们的理论预言与实验测得结果非常的吻合。　　(4)基于键弛豫理论研究了外延层厚度对半导体纳米线载流子输运性质的影响。通过调制纳米线的尺寸和外延层厚度有利于降低体系的声子散射，表面粗糙度的散射以及自平衡应变，从而提高电子的迁移率。另外，我们发现由于受到声子散射，表面散射以及子带等机制之间的相互竞争影响，将导致空穴迁移率随尺寸的变化出现极大值。