过渡金属氧化物（Transition metal oxides,TMOs）薄膜具有独特的载流子选择传输特性,被广泛应用于光电子器件领域。TMOs与硅（Si）结合构建异质结可获得优异的光电转化性能,在光电探测和太阳能电池领域具有广阔的应用前景。本论文围绕两种优异的TMOs薄膜/硅异质结开展研究:MoO_3-x/Si异质结和Cu₂O/Si异质结光电器件,主要对界面载流子传输特性、界面能级排列结构等进行了系统的研究。取得以下有益结论:1.通过热蒸发法在n型纳米孔-金字塔硅（NPPAs-Si）微纳结构上沉积超薄MoO_3-x层,成功构建MoO_3-x/n-Si异质结光电探测器,该器件展现自供电特性,在零负偏压下具有0.8μs的超快响应速度,1.27×10¹33 Jones的高比探测率及50 kHz的-3dB带宽。进一步,我们通过变温实验,系统研究了光强和温度对探测器响应速度的影响规律,揭示界面载流子漂移/扩散过程对光电探测响应速度的影响规律和物理机制。最后,我们还探索了上述自供电探测器作为光信号接收元件用于可见光通讯系统的可行性,并成功实现了文本传输速率达50 kbps的应用展示。2.发展了室温旋涂法在n-Si基底上制备碘化亚铜（CuI）薄膜,进一步通过与氢氧化钠反应制备氧化亚铜（Cu₂O）薄膜,并成功构建了CuI/n-Si和Cu₂O/n-Si异质结光电探测器。随后,基于紫外光电子能谱（UPS）,我们分别对异质结界面能带结构进行分析,揭示了Cu₂O/Si异质结界面价带边存在0.44 eV带阶,更利于载流子在界面分离,揭示了Cu₂O/Si异质结相比CuI/Si异质结具有更高光电转换效率的物理机理。进一步,通过优化调控前驱体溶液浓度配比,我们可精确调控薄膜中Cu⁺/Cu²⁺价态比例,进而获得高质量的氧化亚铜薄膜,进一将将Cu₂O/Si异质结器件的转换效率提升至3%以上,探测器响应度可达0.417 A W^-1（@920 nm）。3.基于上述研究2,我们系统优化了Cu₂O/n-Si异质结太阳能电池的光电转换效率。首先,通过优化Cu₂O薄膜旋涂参数提升器件整体稳定性;其次,引入界面超薄透明导电银（Ag）膜增加器件填充因子;再次,通过HNO₃处理钝化Si表面,提升器件开路电压;随后,我们通过热蒸发法蒸镀低功函数镁（Mg）,成功降低背电极接触电阻提高电流收集效率。最后,我们通过器件表面蒸镀80 nm的氧化钼薄膜,实现器件表面光吸收效率增强。综上光学及电学方面的优化,我们最终获得了效率高达9.54%的Cu₂O/n-Si异质结太阳能电池（是目前报道的Cu₂O/n-Si效率的最高值）。