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InGaN合金材料由于其禁带宽度范围几乎覆盖了整个太阳光谱，而且其禁带宽度可以通过In组分的变化连续可调，使之成为设计和制备与太阳光谱匹配的全光谱高效光伏电池的理想材料，这些独特的性质使得全光谱高效InGaN光伏电池已经成为国际上Ⅲ族氮化物和高效光伏电池研究领域的前沿热点研究方向。但相对于传统的光伏电池材料和器件，对于全光谱高效InGaN光伏电池的研究和认识还非常有限，无论是材料制备、器件设计还是器件工艺方面都存在诸多问题有待研究。本论文以全光谱高效InGaN光伏电池材料和器件研制中所面临的一些关键科学技术问题作为研究对象，主要围绕InGaN光伏电池的材料生长、器件结构设计、器件工艺以及性能表征等方面开展研究工作。
本论文的主要目的是研究InGaN光伏电池的材料生长并研制InGaN光伏电池原型器件。研究内容主要包括蓝宝石衬底上InN、InGaN材料的MOCVD生长研究；InGaN材料的P型掺杂研究；P-N结型InGaN光伏电池结构设计和模拟；InGaN P-N结材料制备以及器件工艺研究。本论文所取得的主要成果如下：
(1)对蓝宝石衬底上InN薄膜的MOCVD生长进行了研究。首先通过研究生长温度、V/Ⅲ比等生长参数对InN薄膜的影响，获得了室温迁移率为～1114 cm2/V·s，背景电子浓度为～4.27×1018cm-3的高质量InN薄膜，达到目前报道的相同生长技术下的国际先进水平；然后研究了InN材料的光学性质，利用PL谱确定其带宽为～0.73eV，随着InN材料中背景电子浓度的增大，费米能级深入导带越深，PL谱发光峰位发生蓝移；最后通过变温Hall研究了InN材料的电子输运性质(77-300K)，发现其背景电子浓度和迁移率几乎不随温度的变化而变化，说明所获得的InN材料是典型的简并半导体。
(2)对蓝宝石衬底上InGaN薄膜的MOCVD生长进行了研究。首先研究了生长温度对未掺杂InGaN薄膜的影响，发现随着生长温度的降低(700℃～750℃)，InGaN材料中的In组分明显增加，而表面原子力均方根粗糙度亦相应增大，表面呈越来越明显的三维岛状生长趋势；然后研究了退火温度对Mg掺杂InGaN性能的影响，发现随着退火温度的升高，空穴浓度大大提高，但当退火温度超过800℃后，InGaN分解的作用已经超过了晶格重整的作用，In-N键断裂使得N原子扩散逸出，留下大量作为施主性质的N空位补偿了Mg受主，使其空穴浓度下降；通过优化退火温度获得了空穴浓度达到4×1018cm-3，室温迁移率3cm2N·s，电阻率为0.6Ω·cm的P型InGaN(In组分为30％)。
(3)对P-N结型InGaN光伏电池进行了模拟研究。通过理论计算研究了材料结构参数对P-N结型InGaN光伏电池光电转换效率的影响，发现随着各层载流子浓度的变化，器件效率会出现一个极大值；通过对结构参数的模拟优化，得出当N层厚度为270nm，P层厚度为130nm，掺杂浓度均为5×1017 cm-3时，P-N结型In0.65Ga0.35N光伏电池的光电转换效率最高，可达20.28％，其中开路电压为0.83V，短路电流为29.61mA/cm2。
(4)对InGaN P-N结材料生长及器件工艺进行了研究。通过对生长条件的优化，首次成功制备出了InGaN P-N结材料，其中P-InGaN层中In组分为～29％，N-InGaN层中In组分为～20％；通过标准光刻技术和Lift-off工艺首次研制出了InGaN P-N结器件，得到器件在360nm光照下的开路电压Voc=0.43V，短路电流密度Jsc=3.4×10-2mA/cm2，填充因子ff=0.57。