2004年石墨烯的发现引发了科学界和工业界的热切关注,基于新型二维材料石墨烯的研究也被认为是能够席卷电子界的新一代革命浪潮。由于石墨烯超高的电子迁移率、高透光率、超宽带光吸收等特点,石墨烯在光电器件尤其是光伏器件领域拥有着巨大的研究潜力与应用前景。由于石墨烯本身带隙为零,具有线性对称的狄拉克锥能带,导带和价带于狄拉克点相交,而狄拉克点附近的电子态密度很低,因此我们可以很轻易的通过载流子注入的方式来调控石墨烯的费米能级。另外,由于单层石墨烯只有0.34 nm,石墨烯和三维半导体相结合形成的肖特基结位于器件的近表面,因此我们可以很方便的通过表面处理来优化器件的界面特性。本论文主要基于石墨烯的特殊物理,研究其与砷化镓半导体形成的异质结在光伏器件方面的应用,具体做了以下几点研究:(1)对石墨烯/砷化镓异质结器件进行了建模和仿真。考虑包括势垒高度、掺杂浓度等对异质结性能的影响,从理论上解释了石墨烯/砷化镓异质结的吸光层、耗尽层和载流子分离层三层合一的独特优势,判断界面状态和材料间的势垒高度能够大幅改善石墨烯/砷化镓异质结太阳能电池器件性能,为后续实验设计提供指导思路和方向。(2)制备了石墨烯/砷化镓异质结太阳能电池器件。通过改变电极材料和工艺,优化电极与器件之间的欧姆接触,减小接触电阻;通过改善砷化镓半导体表面钝化工艺,减少砷化镓表面悬挂键,减少石墨烯/砷化镓界面处的载流子复合率。最终实现石墨烯/砷化镓异质结太阳能电池器件的最大转化效率为9.6%,其开路电压0.78 V、短路电流密度为18.9 m A/cm~2、填充因子为66.3%。(3)根据仿真模拟的指导,实验了几种不同掺杂方法对石墨烯/砷化镓异质光伏器件的性能调制,包括栅压调节、化学掺杂和量子点掺杂等,分别得到效率为10.2%、9.1%和9.8%的石墨烯/砷化镓异质结太阳能电池;并实现了效率为7.8%的柔性石墨烯/砷化镓光伏器件。(4)研究了极化PVDF电场掺杂的石墨烯/砷化镓PN结太阳能电池器件,使得转化效率从原本的11.5%提高至16.5%,尤其体现在其短路电流密度从22.5m A/cm~2提升至36.1 m A/cm~2,提升了60%。