近年来,依靠自然的水蒸发或者水汽吸附到材料中而能够输出电能的水伏技术备受研究者关注,其优点是成本低廉、性能可控和无需额外机械能输入等,是一种具有重要发展潜力的能源转化方式。经过最近5年的发展,水伏器件的功率密度已经大幅度攀升,其脉冲峰值功率可以达到mW/cm2。但是,大部分已知的水伏器件均不能持续的输出高功率密度的电能,这严重阻碍了该技术的实用化进程。本论文中,利用湿法刻蚀制备的硅纳米线阵列,发展了一种新型的高效水伏器件结构。借助扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪以及Zeta电位仪等对硅纳米线阵列的组成成分和表面电荷进行了分析,证实了其负电性源于表面二氧化硅层上的硅羟基。通过电学测试证实,基于硅纳米线阵列的水伏器件能够输出开路电压为400mV和短路电流为55μA/cm2的持续直流电能,对应输出功率密度超过6 μW/cm2。此外,研究了石墨电极的覆盖率、硅纳米线的长度和表面电荷密度等多种因素对硅纳米线阵列水伏器件的影响。结合该水伏器件的电压输出与溶液中的离子浓度呈现负相关,电压信号随溶液pH的变化产生由正到负翻转的实验结果,揭示了硅纳米线阵列水伏器件的产生电流原理是与流动电势理论相一致。结合晶硅优异的光伏特性,成功制备出基于硅纳米线阵列的水伏-光伏集成器件,集成器件呈现出优异的功率输出性能。本论文的主要研究内容如下:1.通过湿法刻蚀制备出形貌均匀的硅纳米线阵列,借助扫描电子显微镜和傅里叶红外仪进行了组成元素和成分分析,发现该硅纳米线结构外覆盖有二氧化硅层,并揭示了其负电性源于表面硅羟基的存在。此外,成功的制备出基于硅纳米线阵列的水伏器件,能够输出的峰值电压超过600mV。初步探讨了器件性能的影响因素,包含硅纳米线的电子载流子浓度、器件的电极材料。通过改变测试方式,发现基于硅纳米线阵列的水伏器件在环境中可以持续的输出电能。2.探究了在硅纳米线阵列中水蒸发诱导产生持续电能的内在机理和潜在应用。基于硅纳米线阵列的水伏器件能够输出超过400mV和55μA/cm2的持续电能,其电流密度优于同类器件三个数量级。在密闭环境下,器件的电能输出随温度仍呈正相关,证实了该器件的产生电流方式是由蒸发带动内部水流动引起的。通过改变溶液中离子浓度以及硅纳米线的表面电荷,逐步揭示了该器件的产生电流机理:溶液中流动的氢质子依靠库伦相互作用诱导硅线中的电子定向移动,产生了电子的梯度浓度,依靠上下电极将电子持续的输出到外电路。另外,成功制备出基于硅纳米线阵列的高灵敏度呼吸感应器,该器件对湿气具有极其敏感的响应电信号。3.结合硅材料优异的光伏性能,进一步探索了基于硅纳米线阵列水伏效应和光伏效应的集成器件。在模拟太阳光强的光源照射下,同时测试器件的水伏效应和光伏响应。初步实验结果表明,对于基于n型重掺的硅纳米线阵列(0.001-0.005Ω·cm)件,可以呈现出水伏-光伏的叠加效应,最终器件在室温条件下能够输出开路电压超过400 mV的持续电能。