近年来,以水作为能量来源的水伏技术由于其能量来源广泛、产物无污染的特点成为了有重要发展潜力的能量转换方式。经过研究者的不懈努力,发展了碳材料、聚合物材料和无机半导体材料等水伏材料体系。硅纳米线阵列由于价格低廉、低内阻、高载流子传输、纳米孔隙丰富的特性成为了优异的水伏材料。然而目前水伏器件的对外输出仍然不能满足广泛的商业电子产品的供能要求。技术发展主要局限在其器件电极选择、环境适应性和电荷传输调控上。本论文主要针对水伏器件的电极材料,吸湿策略和电荷选择传输层对水伏器件的性能提升和工作机理进行探索,主要研究内容如下:1.利用碳纳米管网状薄膜兼具导电性和透气性的特点,构筑基于碳纳米管网状薄膜作为硅纳米线水伏发电器件上电极的器件结构。通过扫描电子显微镜和导电性的表征,多孔的碳纳米管薄膜可以一方面实现水分子快速通过导电薄膜,同时可提供较高的导电率及时收集器件产生的电子。当对碳纳米管的尺寸和亲水性进行优化后,碳纳米管的纳米结构可实现水分子的毛细管渗透并且为离子传输提供了大量通道。采用傅里叶红外光谱和拉曼光谱探究了氧等离子体处理碳纳米管对器件性能提升的机理,氧等离子体处理后的碳纳米管亲水性提升成为优秀的离子传输通道,含氧官能团的引入增加与水分子的强耦合作用,大幅度提升电荷传输和电荷收集效率。最后,设计了碳纳米管/碳浆复合电极,进一步增加了电极中的比表面积,有望降低水在电极中的蒸发焓,可保持水分子高效的蒸发效率。采用碳纳米管作为硅纳米线水伏发电器件的电极材料,器件性能获得显著提升,开路电压高达753 mV,电流密度达到60 μA/cm2。2.吸湿功能层用于碳纳米管电极/生物质材料/硅纳米线湿气发电器件提升器件在低湿度下的电学输出相应。丝素蛋白和透明质酸作为吸湿层,器件性能实现数量级的提升,器件可以在中湿度（60%）稳定保持直流高电流电压输出,开路电压达到500 mV,短路电流达到0.8 μA/cm2。我们对丝素蛋白和透明质酸吸湿能力进行表征,丝素蛋白和透明质酸的吸湿效果优异并且还表现出高效保水能力,生物质材料吸湿层可以使湿气发电器件能够在较低湿度和波动的环境湿度下保持稳定的输出。3.设计并实现了具有电荷选择层结构的碳纳米管薄膜/聚合物电解质/硅纳米线湿气发电器件。选择聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）作为电荷选择层和自发吸湿层,在湿度为60%25℃的自然环境下,基于PDDA-硅纳米线湿气发电器件可以产生稳定的1000 mV开路电压和8.2 μA/cm2的直流电流,输出功率可以达到2.2μW/cm2。用开尔文探针显微镜研究了不同电性聚合物电解质的离子跨膜传输行为,湿气发电的能量来源极有可能是来自水分子吉布斯自由能变化的热能。通过器件的串联集成,作为展示器件,可以为发光二极管（LED）阵列供电。