GaAs系III-V族多结太阳电池具有光电转换效率高、抗辐照性能强、使用寿命长等优点。相比传统的Ga_0.5In_0.5P/（In）GaAs/Ge结构太阳电池而言,基于GaAs衬底的Ga_0.5In_0.5P/Ga As/In_0.3Ga_0.7As三结叠层电池各子电池间满足带隙匹配,能够提高对太阳光谱的利用率,因此理论上具有高的光电转换效率。然而,GaAs和In_0.3Ga_0.7As之间晶格失配为2.3%,需要采用缓冲层释放两者之间的失配应力,才能获得低缺陷密度的In_0.3Ga_0.7As薄膜。目前GaAs上外延生长In_0.3Ga_0.7As常采用组分渐变和组分跳变两类缓冲层结构。但上述缓冲层均包含多层子缓冲层,生长工艺繁琐,而且精确控制每个子缓冲层的成分和厚度难度很大,从而影响最终获得的In_0.3Ga_0.7As薄膜质量。为了解决上述问题,本论文采用超薄大失配非晶态缓冲层代替传统的缓冲层,一方面可以有效释放GaAs和In_0.3Ga_0.7As之间的失配应力,实现了高晶体质量In_0.3Ga_0.7As薄膜的外延生长;同时有效解决了传统缓冲层结构复杂、工艺难度大、制备成本高昂的问题,为制备低成本高效叠层太阳电池打下基础。主要研究内容和结论如下:首先,论文研究了在GaAs衬底上采用低温分子束外延生长非晶In_0.6Ga_0.4As薄膜的温度。实验发现In_0.6Ga_0.4As薄膜的结晶态对生长温度十分敏感。生长温度为410°C时,获得的In_0.6Ga_0.4As薄膜为多晶态。当生长温度≤380°C时,生长出表面完整的非晶态In_0.6Ga_0.4As薄膜。当生长温度降低至350°C时,非晶In_0.6Ga_0.4As薄膜未完全愈合,出现明显的沟壑和团簇。论文还分析了大失配非晶In_0.6Ga_0.4As薄膜的形成机理。一方面,由于低的生长温度使衬底表面原子迁移动能不足,而原子半径大且平均质量较高的In原子在衬底表面迁移较慢;同时,In_0.6Ga_0.4As与GaAs之间存在较大的晶格失配（4.30%）,使In_0.6Ga_0.4As晶格发生严重畸变,最终在GaAs衬底上形成非晶薄膜。其次,在生长出非晶态In_0.6Ga_0.4As缓冲层的基础上,论文系统研究了非晶In_0.6Ga_0.4As缓冲层的厚度对In_0.3Ga_0.7As薄膜晶体质量和表面形貌的影响。当单层非晶In_0.6Ga_0.4As缓冲层厚度高于4 nm时,相当于在非晶衬底上进行薄膜生长,只能生长出非晶结构的In_0.3Ga_0.7As薄膜。非晶In_0.6Ga_0.4As缓冲层厚度太小时（<2nm）,不能够对位错进行有效过滤,因而无法有效释放晶格失配应力,获得的In_0.3Ga_0.7As薄膜晶体质量较差。我们发现当非晶In_0.6Ga_0.4As缓冲层的厚度为2 nm时,一方面Ga As仍保持原来的衬底特性,使In_0.3Ga_0.7As能够沿着GaAs衬底的晶向继续生长;同时,非晶In_0.6Ga_0.4As类似一层“弹性层”可以有效调节GaAs与In_0.3Ga_0.7As之间的失配应力,有效吸收并释放In_0.3Ga_0.7As薄膜生长过程中产生的位错等缺陷,防止位错在薄膜中滑移和进一步扩散,最终实现了高质量In_0.3Ga_0.7As薄膜的生长,XRC测试其半峰宽（FWHM）仅为108 arcsec,完全满足高效太阳电池的制备要求。最后,本论文采用Crosslight APSYS高级半导体物理模拟软件,设计及优化了2 nm非晶In_0.6Ga_0.4As缓冲层上的单结In_0.3Ga_0.7As电池结构。通过对背场层、基区层、发射层和窗口层结构参数的模拟,获得了优化的In_0.3Ga_0.7As单结太阳电池结构。在此基础上我们系统研究了2 nm In_0.6Ga_0.4As非晶态缓冲层上In_0.3Ga_0.7As薄膜的掺杂工艺,获得了高效稳定掺杂的n型和p型In_0.3Ga_0.7As薄膜,并制备出了单结In_0.3Ga_0.7As太阳电池原型器件。通过测试分析,器件开路电压为0.63 V,这与理论值十分接近。本论文实现了在GaAs衬底上大失配非晶In_0.6Ga_0.4As薄膜的生长,讨论了大失配非晶In_0.6Ga_0.4As薄膜的形成机制。并在2nm非晶In_0.6Ga_0.4As缓冲层上获得了高晶体质量In_0.3Ga_0.7As薄膜,并讨论了非晶In_0.6Ga_0.4As缓冲层对In_0.3Ga_0.7As/GaAs之间失配应力释放机制。最后进行了In_0.3Ga_0.7As单结电池的外延生长及电池原型器件的制作,为高效GaAs基系太阳电池的制作提供了新的途径。