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人类使用化石能源带来的环境污染和能源价格的不断上涨使得各种清洁可再生能源的开发显得日益重要，太阳电池作为将太阳能转换为电能的器件近些年受到高度的关注。光伏太阳电池的研究取得了较大的进展，最高转换效率已经达到了43.5％。在高效太阳电池中，Ge基Ⅲ-Ⅴ族半导体太阳电池具有不可替代的地位。本文研究了Ge基Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的生长，并测试与分析了Ⅲ-Ⅴ/Ge半导体材料与太阳电池器件。取得的结果如下： ⑴研究了MOCVD生长过程中不同生长参数对Ge衬底表面和GaInP外延材料表面的影响。结果表明生长前对Ge衬底进行高温预处理有利于降低GaInP外延层的表面粗糙度。同时，发现使用具有一定偏角的Ge衬底或对GaInP外延层进行硅掺杂，都会增加GaInP材料的无序度，使其禁带宽度增加，表面粗糙度减小，是由于Ⅲ族原子扩散增强所导致。 ⑵研究了Ge基GaInP材料的光学性质。依据发光峰强度随温度的变化以及少子寿命随能量的变化趋势，认为有序GaInP材料中发光峰位置随温度升高呈现倒“S”型变化是由局域态发光峰与本征态发光峰之间的竞争所引起的，从而对移动发光峰的来源给出了合理的解释。研究了室温下Ge基GaInP光致发光中，1.4 eV左右宽发光峰的来源。利用拉曼光谱和变温光致发光研究了宽发光峰的行为。基于生长条件和掺Si对1.4 eV处发光峰强度的影响以及拉曼散射光谱中观察到Ge-Si峰，认为宽发光峰是由于高温生长过程中Ge原子外扩散而产生的[Ge(Ga, In)-Si(Ga，In)]和[Ge(Ga,In)-V(Ga，In)]络合物所引起的。 ⑶利用MBE技术在Ge衬底上外延GaAs成核层，研究发现生长温度和生长速率过高会增加生长过程中成核岛合并的难度，导致GaAs表面粗糙度增加，同时引起Ge原子的外扩散，从而改变GaAs的光学性质。为了防止In原子解吸附和降低外延材料表面的粗糙度，在Ge衬底上外延GaInP成核层的过程中需要采用较低的生长温度。但生长温度过低，GaInP材料的结晶质量会受到一定程度的影响。实验证明，在后续过程中退火可以提高GaInP材料的光学质量，使GaInP的发光强度增加大约2.8倍。 ⑷通过优化GaInP/GaAs异质界面的生长条件，提高了异质界面的质量，从而使GaAs和GaInP单结电池的△VOC(Eg/q-Voc)分别减小到0.38 V和0.5V。通过优化吸收区厚度和掺杂浓度、窗口层和背面电场层，GaAs和GaInP单结太阳电池的转换效率分别达到了26.1％和16.4％。并且分析了GaInP/(In) GaAs/Ge三结电池中的异常I-V曲线，给出了合理的解释。