基于ABX₃晶体结构材料的新型钙钛矿太阳能电池具有光电转换效率高、可溶液加工以及低温工艺兼容等优势。与此同时，利用钙钛矿材料合成方法简单、带隙可调以及膜厚和透过率可控等优点制备的半透明钙钛矿太阳能电池为薄膜光伏的发展带来了新的契机，在建筑集成光伏和叠层光伏等领域应用前景广阔。开发高效且高稳定的半透明钙钛矿太阳能电池已成为目前光伏领域的研究重点。本文系统综述了半透明钙钛矿太阳能电池的各功能层（钙钛矿光活性层、电荷传输层和电极）材料选择、光学特性调控、电学特性优化以及制备工艺调控等技术策略，同时提出了对半透明钙钛矿太阳能电池未来发展的一些展望。

为了快速、准确地测量半透明涂层的厚度，提出了一种基于脉冲红外热波的测量方法。建立了半透明涂层半无限大脉冲热传导简化理论模型和半透明涂层的脉冲红外加热双层物理模型，理论分析和数值计算结果表明：半透明涂层的厚度与表面温度的峰值时刻在对数坐标上呈现线性关系，利用这种线性关系可以直接测量半透明涂层的厚度，而不再需要在样品表面喷涂黑漆以避免半透明性的影响。实验上建立脉冲红外热波系统并制作了厚度连续变化的半透明涂层试件，得到的厚度误差小于5%。结果显示该技术具有快速和非接触式测量半透明涂层厚度的潜力。

为了解决传统激光条纹中心线提取方法不适用于半透明物体的问题、实现对半透明胶条的轮廓精确测量，研究了半透明胶条表面光条中心线提取算法。对比分析了不透明胶条和半透明胶条的激光条纹成像机理。通过研究半透明胶条激光条纹的一维灰度序列，说明了直接反射分量和次表面散射分量的波峰分布差异。最后提出了半透明胶条表面光条中心线提取算法，首先扫描激光条纹的一维灰度序列；然后采用数学形态学方法，根据波峰灰度值大小及分布位置差异提取得到直接反射分量；最后，采用灰度重心法对灰度序列中的直接反射分量开窗提取亚像素中心位置坐标，连续扫描获得光条中心线。实验结果表明，本文方法有效排除了次表面散射的干扰，提取光条中心线的平均误差达到3.197 pixel，二次曲线拟合后的平均误差为0.714 pixel，优于直接采用灰度重心法提取光条中心线。本文方法能够有效提取半透明胶条表面光条中心线，为工业现场半透明胶条的轮廓测量奠定了基础。

对全腔输出半透明阴极相对论磁控管做了进一步的改进，并对其进行了物理分析和三维全电磁粒子模拟研究。通过半透明阴极结构的改进，即改变阴极角向方位和阴极发射面高度参差设计以及局部参数优化，使得在较宽的工作参数范围内，器件起振初期可能出现的模式竞争得到抑制，起振时间进一步缩短，同时输出效率得到较大提高。在注入电子束电压和电流分别约为518 kV和4.1 kA、外加磁场为0.575 T时，模拟在S波段获得了效率大于66%、功率约1.42 GW的微波输出。同时还给出了电子束电压和外加磁场等参数在一定范围内变化时对输出性能的影响规律。研究结果可应用于高效紧凑型相对论磁控管的实验研究。

半透明太阳能电池可充分利用现代建筑的太阳照射面积, 具有广阔的应用前景, 其热力学极限效率是重要的基础问题。本工作将已有研究中用于建筑窗户的无色半透明太阳能电池拓展至可安装于建筑幕墙表面的彩色半透明太阳能电池, 基于细致平衡原理计算其热力学极限效率, 以便更全面地描绘半透明太阳能电池在建筑一体化应用的前景。结果表明, 用于窗户的无色半透明太阳能电池的极限效率为18.1%, 而安装于蓝色建筑幕墙表面的半透明太阳能电池的极限效率高达28.3%, 提升了10个百分点。本研究的彩色半透明太阳能电池扩大了可利用的太阳照射面积, 有望弥补太阳能能量密度低的问题。研究结果可以指导选择合适的半导体材料和设计新材料。

为研究具有更好材料稳定性的半透明薄膜太阳能电池，本文采用直流磁控溅射技术沉积氧化亚铜（Cu₂O）薄膜和氧化锌（ZnO）薄膜，制备了Cu₂O/ZnO异质结.使用扫描电镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、薄膜测定系统和太阳能模拟器，研究在不同氩/氧气体流量比的条件下制备的Cu₂O层对异质结的材料特性、光学特性及光电特性的影响.研究结果表明：在一定氩/氧气体流量比范围内制备的Cu₂O/ZnO异质结，在AM1.5的标准模拟太阳光的照射下具有一定的光电转换能力，可作为半透明太阳能电池的换能单元.

针对磷光器件存在严重的效率滚降，进而制约有机电致发光器件的实用化进程的问题，提出采用超声喷涂Poly（3，4-ethylenedioxythiophene）Polystyrene Sulfonate（PEDOT：PSS）作为透明电极，制备了红、绿、蓝三色有机电致发光器件.利用超声喷涂工艺材料利用率高的特点，起绝缘作用的水溶性PSS分子链在PEDOT：PSS透明电极中得到保留，使该透明电极具有空穴缓冲作用.这种双功能性，提高了器件在高电流密度下的载流子平衡性，降低了红、绿、蓝三色发光层中的极化子浓度，改善了红、绿、蓝三色器件的效率滚降问题，从最高外量子效率所在亮度到10 000 cd/m²的电流效率滚降分别仅为14.9%、12.4%和16.0%.该结果表明，双功能性电极的引入显著改善了有机电致发光器件中载流子平衡性，具有降低三基色器件效率滚降的普适性，对实现高亮度、高效率发光器件具有重要意义.