构建光伏电解水系统将太阳能转化为高能量密度的氢能可以实现对太阳能的更高效利用。高效、稳定和低成本是光伏电解水系统在实际生产应用中的必备条件,因此光伏电解水系统对太阳能电池转换效率、生产成本、实用性以及催化电极的催化性能、成本和催化稳定性等方面都有着较高要求。CdTe薄膜电池具有性能稳定、结构简单、弱光响应好等优势,并且由于其透光特性,可作为建筑幕墙和天窗等实现光伏建筑一体化;另一方面,电解水在较低电压条件下进行,减少了CdTe电池的电极刻蚀数量,进一步简化CdTe电池生产工艺,降低其生产成本,这使CdTe薄膜电池成为光伏电解水系统电源的极佳选择。当前CdTe薄膜电池的研究中,高性能CdTe薄膜电池一般由气相传输（VTD）和近空间升华（CSS）等高能耗技术制备,生产成本仍居高不下,而低成本的电化学沉积法制备CdTe薄膜在酸性体系中面临沉积速率低和腐蚀窗口层等问题,各种碱性体系电化学沉积CdTe薄膜的研究也未能制备出高质量的CdTe薄膜。在产氢电极方面,由于缓慢的四质子耦合电子转移动力学,OER过程是当前电解水产氢的瓶颈。IrO₂和RuO₂等昂贵的贵金属催化剂不适用于光伏电解水系统的大规模实际应用中,必须寻求一种高催化性能且在地球上储量丰富的OER催化剂。当前OER电极的研究中,热门的碳布、泡沫Ni等基底材料在电导率和成本等方面的问题使之难以应用于大规模光伏电解水系统,探寻一种高导电性、低成本的OER基底材料也是光伏电解水系统实际应用必须解决的问题。本论文针对光伏电解水系统中CdTe薄膜电池和催化电极两方面所存在的问题展开研究,主要研究内容和创新点如下:1、TMAH有机碱性溶液体系中电化学沉积CdTe薄膜的研究（1）在TMAH有机碱性溶液体系中以NTA为络合剂电化学沉积制备CdTe薄膜,重点研究溶液中pH和NTA/Cd²⁺络合比对CdTe薄膜结构和组成的影响:溶液pH不仅通过影响TeO₂的溶解、扩散、吸附和还原反应速率以控制成膜反应中Te的量,也通过影响NTA对Cd²⁺的络合能力以决定CdTe薄膜中的Cd含量;不同络合比可以控制CdTe成膜反应中的Cd²⁺供给量,且不同络合比导致的反应界面处不同的Cd²⁺吸附浓度也在一定程度上影响了TeO₃^2-的吸附。最终在溶液pH为9.85,络合比为14:1的条件下制备得到较高质量的CdTe薄膜,并组装得到转换效率8.2%的CdTe薄膜电池。（2）使用电化学沉积法引入CdSe中间层优化CdTe薄膜电池界面结构,降低界面处的晶格失配,从而减少退火后因界面应力导致的开裂、孔隙等缺陷。但在增加了CdSe中间层后,电化学沉积CdTe层的反应界面发生变化,原工艺沉积的CdTe薄膜层中缺陷增多。2、酸性溶液体系中电化学沉积CdTe薄膜的研究酸性体系中电化学沉积CdTe薄膜,退火后获得2μm厚的致密、无孔、高结晶度的CdTe薄膜,并组装得到电池效率为10.6%,短路电流为34 mA/cm²,开路电压为639 mV,填充因子为48.9%,外量子效率为90%的高性能CdTe薄膜电池器件,以该电池作为电源应用于光伏电解水系统。3、OER电极的结构设计和电催化性能研究设计同轴三层（Ni,Fe）O_xH_y/Ni/Cu网电极结构作为光伏电解水系统的OER电极,在Cu网上电镀Ni层,然后用溶剂热法在镀Ni的Cu网上生长（Ni,Fe）O_xH_y催化剂。电极在碱性电解液（1M KOH）中表现出优异的OER性能:在电流密度为10和50 mA/cm²时,过电位分别为199和250 mV,并且具有超过72h的良好的长期稳定性。电极结构中,低成本且高导电性Cu网基底提高了OER过程中的电荷传输和转移速率;电镀Ni层可以防止Cu网氧化,提高电极稳定性,并且高的表面活性的新鲜Ni层提高了催化剂与基底的粘结强度。4、光伏电解水系统的初步构建以酸性体系沉积制备的CdTe薄膜电池作为电源,同轴三层（Ni,Fe）O_xH_y/Ni/Cu网电极作为OER电极,Pt电极作为HER电极,初步构建并组装CdTe薄膜电池光伏电解水系统,在模拟太阳光照下,CdTe薄膜电池组提供1.7V的电压,使光伏电解水系统达到281mA/cm²的全解水电流密度,并且保持72小时出色的全解水稳定性。