多结太阳能电池具有一系列优化的能带组合,可对入射太阳能光谱实现宽范围、高效率的吸收,其理论最高转换效率远高于单结太阳能电池。目前,GaInP/GaAs/Ge三结化合物薄膜太阳能电池的实验室转换效率已达41.6%,但所使用的材料价格高昂且资源非常有限,限制了大规模应用。近年,寻找新型低成本可替代材料已成为了多结太阳能电池研究的一项重要课题。当前,新材料的研究范围主要集中在掺氮、掺镓氮化铟以及量子点等,虽已取得了一些研究成果,但原材料价格仍然十分昂贵。本论文另辟蹊径,在大量理论分析、技术调查和实验摸索的基础上,创造性地提出了资源丰富、廉价且毒性极低的Cu-Zn-Sn-S系化合物材料,成功研制了多种光伏性能优异的新型化合物,具有重大潜在应用价值,为多结化合物薄膜太阳能电池的大规模应用提供了新的可能。此外,化合物光伏特性的研究及其在实际太阳能电池上的应用通常都以化合物薄膜的形式进行,但当前化合物薄膜的制备以真空法为主,存在效率低下、工艺复杂、造价高昂且不易实现大面积产品生产等缺点。本论文首次使用高效非真空机械化学法合成新型微纳米化合物,采用非真空印刷法制备化合物薄膜,对其光伏特性进行系统分析。在Cu-Zn-Sn-S系化合物中,Cu₂ZnSnS₄ （CZTS）的光伏特性已获得了众多研究人员的肯定,其能带值约为1.5 eV,具有潜在非聚焦单结和三结太阳能电池应用价值。但现今制备CZTS化合物薄膜以真空法为主。论文首次采用非真空机械化学-印刷法合成并研究了微纳米化合物CZTS的微结构晶相、光学特性及薄膜形态等。总结了所采用制备工艺的技术特点及规律,为大规模商业化太阳能电池生产提供了参考借鉴。此外,为表征化合物光电转换特性及降低太阳能电池整体制备成本,首次提出了一种所有功能薄膜层均可采用非真空法制备的新型薄膜太阳能电池,并获得了实验的成功。为解决非聚焦三、四结以及聚焦二结化合物薄膜太阳能电池底部子电池材料的稀缺问题,论文合成并成功研制了能带值为0.83 eV且光伏性能优异的微纳米化合物Cu₂SnS₃。此外,在反复实验的基础上,提出了一种新颖的通过人为创造掩埋p-n结的太阳能电池短路电流密度增强方法。实验证实具有掩埋p-n结的太阳能电池短路电流密度较参比电池增加了约1倍。增加的短路电流密度可更好地满足多结太阳能电池对电流匹配的要求,也进一步证明了Cu₂SnS₃化合物的重要潜在应用价值。为满足聚焦三结和四结太阳能电池对窄带化合物光伏材料的需求,论文又合成并成功研制了能带值为0.55 eV且光伏性能优异的富铜贫锌微纳米化合物Cu₄SnS₄。此外,对比研究了微纳米化合物Cu₂ZnSnS₄、Cu₂SnS₃和Cu₄SnS₄的光伏特性。发现随着富铜贫锌程度（Cu/Sn、Zn/Sn）的增加:这些化合物的微结构发生了重大变化,退火温度灵敏度变得越来越高;化合物的光学吸收边带逐渐变得模糊,能带值逐渐变小;p-n结界面接触特性得到改善,太阳能电池的转换效率从0.60%上升到1.92%以及2.59%。这些发现为研制更多Cu-Zn-Sn-S系新材料提供了参考和指导。