光伏技术是实现“碳达峰”、“碳中和”的有效途径之一。目前,开发高效、低成本的的太阳电池是光伏领域的重点研究方向。在已报道的太阳电池中,砷化镓基太阳电池效率保持最高。然而砷化镓太阳电池的材料生长成本较高、器件工艺制备复杂,这限制了其进一步的发展应用。近年来,石墨烯与砷化镓在室温下能构筑砷化镓异质结太阳电池,且其制备过程不涉及复杂设备以及高温掺杂工艺,有利于降低器件制备成本。然而,对于这种器件的研究还较少,器件的效率以及稳定性较差。因此,以制备高效、稳定的砷化镓异质结太阳电池为目标,本文详细研究了砷化镓/石墨烯、砷化镓/MXene两种异质结太阳电池的光伏特性及其器件性能优化策略,取得的结果如下:首先,研究电极退火工艺、In Ga P背场层、砷化镓/石墨烯异质界面对砷化镓/石墨烯太阳电池光电性能的影响。研究了退火温度、升温速率对电极I-V特性的影响,实现了低阻的欧姆接触,将器件效率提高至2.4%。随后,研究了In Ga P背场层对器件光电特性的影响,其较高的价带位置有效降低了砷化镓内部的载流子复合,使得器件效率进一步提高到6.2%。最后,研究了Cu SCN对砷化镓/石墨烯异质界面的修饰作用,其较强的空穴提取能力提高了载流子在砷化镓/石墨烯界面处的分离速度,将效率提升到11.1%。另外,研究了石墨烯掺杂及减反膜对器件光电特性影响,两者分别提高了器件势垒高度以及对太阳光的利用能力,最终制备出的太阳电池效率达到了15.2%。其次,研究基于MXene/砷化镓异质结构太阳电池的工作原理以及光电特性。通过UPS研究了器件工作原理,砷化镓与MXene之间较大的功函数差提高了太阳电池的肖特基势垒高度,实现了载流子的快速分离。随后,研究了银电极的间距及In Ga P背场层对器件性能的影响,发现较低的银电极间距及In Ga P的引入降低了载流子运输过程中的复合与电损耗,提高了器件的光电转换效率。另外,研究了MXene溶液的浓度器件光电性能的影响,发现低浓度MXene溶液制备的薄膜方块电阻较大,导致器件的填充因子较低;而高浓度MXene溶液制备的薄膜透光率低,导致器件的电流密度较低。最终采用0.01mg/m L浓度的MXene溶液制备了性能最好的太阳电池,初始光电转换效率达到9.69%,高于其他半导体/二维材料异质结太阳电池。最后,研究了不同掺杂剂对MXene/砷化镓异质结太阳电池效率及稳定性影响。采用氧化性较强的掺杂剂,会造成MXene氧化,致使器件性能下降;而采用2%质量分数的盐酸降低了薄膜的方块电阻及器件的串联电阻,从而将效率提升到了10.08%。同时,研究了Zn S/Mg F2复合涂层的减反射性能与抗氧化性能。致密的Zn S/Mg F2复合涂层具有合适的折射系数匹配,降低了器件的光反射以及氧气的渗透,器件的电流密度提高了43%,器件放在空气中性能无衰减。最终采用本文提出的器件制备工艺重复性高,制备出的太阳电池效率变化幅度不超过1%,平均效率为12.5%。综上所述,本论文通过对砷化镓衬底/石墨烯界面修饰、砷化镓/MXene异质结太阳电池的制备以及器件的掺杂与抗氧化等方面进行研究,实现了高效、稳定的砷化镓异质结太阳电池的制备,为这类电池的实际应用打下了理论基础。