1、隨著人類社會(huì)對(duì)能源需求日益增長(zhǎng)與常規(guī)化石能源儲(chǔ)量有限之間矛盾的加劇和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，太陽電池作為一種清潔、安全和可持續(xù)的能源利用手段，越來越受人們的青睞。太陽電池是一種由光轉(zhuǎn)換成電的光電器件，其大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵點(diǎn)在于高效率而低成本。雖然太陽電池種類很多，但硅太陽電池因其原料來源廣闊，工藝成熟，效率高、成本低廉而占據(jù)著光伏主流市場(chǎng)。現(xiàn)在業(yè)界熱衷于研發(fā)效率超越22％的硅基太陽電池。
　　納米材料因其獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)有望在下一代

2、高效光伏器件中扮演重要角色，如硅納米結(jié)構(gòu)表面織構(gòu)（即硅納米絨面），因其優(yōu)越的光學(xué)特性而備受關(guān)注。通過合理設(shè)計(jì)，硅納米結(jié)構(gòu)陣列可以實(shí)現(xiàn)寬波段廣角度接近于0的反射率，因此是一種理想的減反技術(shù)，然而在與電池器件相結(jié)合時(shí)，其優(yōu)越的減反效果并沒有帶來電池性能的提高，與常規(guī)電池相比甚至下降了。這主要是歸因于這些納米結(jié)構(gòu)絨面具有非常大的表面積，導(dǎo)致表面復(fù)合和俄歇復(fù)合非常嚴(yán)重。因此本論文聚焦于維持優(yōu)越光學(xué)特性的基礎(chǔ)上，降低納米絨面電池的載流子復(fù)合，改善

3、其電學(xué)特性，并結(jié)合新型器件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率。
　　首先，我們通過理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)介質(zhì)層掩埋硅納米結(jié)構(gòu)陣列形成的掩埋Mie共振體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，獲得其新穎的光學(xué)減反機(jī)理的認(rèn)識(shí)，即Mie共振效應(yīng)減反和干涉效應(yīng)減反隨介質(zhì)膜厚度變化是一種相互競(jìng)爭(zhēng)的過程，這為實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的寬波段減反效果提供理論指導(dǎo)。我們還發(fā)現(xiàn)掩埋Mie共振體陣列是一種準(zhǔn)透明減反層，硅納米結(jié)構(gòu)層本身的光吸收很少，而且當(dāng)納米結(jié)構(gòu)高度大于150nm后，減反效果對(duì)高度變得不

4、再敏感。這些特性對(duì)光伏電池應(yīng)用來說是極其重要的，意味著可以在保持優(yōu)越光學(xué)特性的基礎(chǔ)上減少光生載流子的復(fù)合損失。
　　然后，我們采用各種手段對(duì)納米絨面太陽電池進(jìn)行綜合優(yōu)化以減少載流子復(fù)合損失。我們采用了表面多重織構(gòu)技術(shù)并著重優(yōu)化了納米結(jié)構(gòu)陣列的排布，減小表面積，實(shí)現(xiàn)低反射和低復(fù)合。通過調(diào)控納米結(jié)構(gòu)高度（僅100nm），有效減少了光生載流子在表面和發(fā)射區(qū)體內(nèi)的復(fù)合。進(jìn)一步調(diào)控方塊電阻（優(yōu)化方阻為80Ω/□），減小發(fā)射區(qū)俄歇復(fù)合。我們采

5、用SiNx薄膜保型性地覆蓋在硅納米結(jié)構(gòu)表面，實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的表面鈍化效果，而且在光學(xué)上這也構(gòu)成一種掩埋Mie共振體結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)其厚度，獲得低的寬波段減反效果（其在400-1100納米波段的太陽光譜平均反射率僅2.43%）。由于這些綜合手段的采用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)越的光電性能，我們?cè)诖蟪叽绻杵现苽涑隽宿D(zhuǎn)換效率為18.5%的納米絨面太陽電池。
　　接著，我們提出自掩膜法制備納米金子塔絨面以進(jìn)一步減小納米結(jié)構(gòu)的表面增加率，減小載流子復(fù)合。我們

6、對(duì)納米金字塔絨面的形成機(jī)理進(jìn)行了研究，指出其主要是基于Ag納米顆粒的自掩膜效應(yīng)和堿溶液的各向異性腐蝕。因此，這種方法無需另外制備掩膜層，無需光刻、電子束或離子刻蝕，工藝簡(jiǎn)單、成本低，而且有較寬的工藝窗口，這些對(duì)產(chǎn)業(yè)化制備納米金字塔絨面是至關(guān)重要的。我們把納米金字塔絨面應(yīng)用于擴(kuò)散結(jié)電池和異質(zhì)結(jié)電池，發(fā)現(xiàn)其具有極低的表面增加率，因而具有非常優(yōu)越的電學(xué)性能，最終成功地獲得了19.2%的光電轉(zhuǎn)換效率，創(chuàng)造了納米絨面太陽電池的最高紀(jì)錄。納米絨面對(duì)

7、薄膜硅片更是具有非常重要的意義，可以有效實(shí)現(xiàn)減反和陷光，增強(qiáng)光吸收，實(shí)現(xiàn)高短路電流密度。
　　最后，我們提出了納米絨面同質(zhì)-異質(zhì)結(jié)太陽電池概念。為了更好理解同質(zhì)-異質(zhì)結(jié)這種新型光伏器件，我們模擬了理想的平面太陽電池，發(fā)現(xiàn)同質(zhì)結(jié)層在其中扮演優(yōu)越場(chǎng)效應(yīng)鈍化的角色，也因此使得同質(zhì)-異質(zhì)結(jié)電池相比HIT電池具有更好的界面雜質(zhì)容忍度。此外因其不存在本征非晶硅層，故串聯(lián)電阻較低，填充因子更高。當(dāng)然前表面同質(zhì)結(jié)層的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，其摻雜濃度應(yīng)