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降低太阳电池的成本是目前光伏领域研究的一个主要内容。微纳硅孔阵列太阳电池同时具备有低的表面反射率、好的陷光特性以及短的光生载流了输运距离等特点使其利用低质量薄硅片成为可能，这将在降低太阳电池材料成本方面有着很好的实际应用前景。本文首先设计微纳硅孔阵列太阳电池的结构并对其光电特性进行理论分析，系统研究规则微纳硅孔阵列材料以及随机微纳硅孔阵列材料的电化学制备，利用液态源扩散制备同质结电池以及利用PECVD沉积非晶硅薄膜制备异质结电池，详细分析电池的形貌对电池光电性能的影响，最后对近似快速热扩散过程进行模拟。主要的工作如下：
1.设计微纳硅孔阵列电池的结构，重点对电池的光学特性进行理论模拟并对电池的光电特性进行理论分析。结果表明，薄的孔墙以及高的深宽比阵列材料可以同时满足低反射率及高陷光本领的要求。同时，孔越深，光生电流越大，但同时暗电流也越大。为了获得最佳的电池性能，孔的深度必须同时考虑反射率、陷光本领、光生电流以及暗电流等因素。
2.系统研究N型规则微纳硅孔阵列材料的制备。所采用的方法是利用光刻及KOH腐蚀制备Ⅴ型槽作为电化学腐蚀初始种子，利用光电化学法制备硅孔阵列材料。结果表明，按照目前常规的制备方法所制备的硅孔阵列存在“瓶颈”状问题以及均匀性问题。本文提出利用体积比为30:1的HNO3和NH4F的混合液来扩大Ⅴ型槽的宽度。通过不断矫正始末腐蚀电流以获得均匀孔槽，再以此电流作为标准制备各种不同孔度的孔阵列。经过优化后，制备出均匀、光滑、大小可调的微纳硅孔阵列材料。通过分析其光电性能发现，薄的孔墙，高的深宽比微纳硅孔阵列具有更低的反射率，同时，过长时间的电化学腐蚀会降低样品的少数载流子寿命。
3.利用电化学方法在P型硅衬底上制备随机微纳硅孔阵列材料。设计一个简单易行、价格便宜并可用于大面积硅腐蚀的电化学装置。详细研究腐蚀电流、腐蚀电压随时间变化的关系并分析其机理。结果表明，在恒压条件下进行腐蚀时，电流将随腐蚀时间的增加而增加，并在小范围内震荡。在恒流条件下进行腐蚀时，电压随时间的增加而下降之后在一个稳定范围内小幅度震荡。由于恒流条件下腐蚀更为稳定，本文选择恒流条件下进行一系列的实验研究。详细研究衬底的掺杂浓度、腐蚀时间、腐蚀电流对腐蚀形貌的影响并对其原因进行分析。结果表明，以上三个参数对腐蚀形貌都有很大的影响。
4.利用POCl3液态源扩散方法制备同质结微纳硅孔阵列太阳电池，讨论初始硅片及腐蚀时间对少子寿命的影响，详细研究电池的光电特性及其与电池形貌的关系。结果表明，相对于大尺寸、薄孔墙微米孔阵列，纳米孔阵列结构电池表现出更好的光电特性。率先在随机小尺寸微米孔阵列上制备获得微纳硅孔阵列电池。该电池的主要参数为：孔的大小d=500 nm，孔的深度h=11μm，开路电压Voc=573 mV，短路电流密度Jsc=19.3 mA/cm2，填充因子FF=39.7％，效率η=4.29％。
5.利用PECVD沉积薄膜方法制备异质结微纳硅孔阵列太阳电池。研究不同的孔阵列结构、PECVD沉积参数及ITO沉积参数对电池性能的影响。结果表明，低的PECVD沉积温度、长的PECVD沉积时间及较长的ITO沉积时间可以获得更均匀、更深的薄膜。经过半个小时的H2处理并将电池结构改为p-i-n结构后，太阳电池的电学性能得到了整体的提高。对于规则微纳硅孔阵列，当孔的大小d=6.5μm，孔的深度h=54.14μm时，所对应电池的开路电压Voc=323 mV，短路电流密度Jsc=32 mA/cm2，填充因子FF=26.3％，效率η=2.72％。对随机微纳硅孔阵列，当孔槽深度约为15μm时，对应电池的开路电压Voc=228 mV，短路电流密度Jsc=26.23 mA/cm2，填充因子FF=41.2％，效率η=2.64％。值得注意的是，当深宽比差相差不多时，随机微纳硅孔阵列电池的性能与规则微纳硅孔阵列电池的性能相当。对于固态PN结深孔阵列太阳电池，本结果在同行领域中处于领先地位。
6.对近似快速热扩散进行理论模拟。从理论上模拟旋涂掺杂源(SOD)杂质浓度分布、扩散环境中的杂质浓度分布以及样品中的杂质浓度分布与间隙宽度(d)和扩散参数的关系。结果表明，在同一扩散条件下，随着d值的增加，SOD中的杂质浓度略有下降。间隙宽度越小，环境中杂质浓度就越容易饱和。对于同一个d值，质量转移速率越大，环境中杂质浓度分布越接近SOD的杂质浓度。但是，在任何条件下，环境中的杂质浓度分布依然小于SOD的杂质浓度分布，同样，样品的杂质分布也小于SOD的杂质浓度分布。对于相同的扩散温度，间隙越小，样品的结深越大。不同的间隙宽度，温度越高(如1000℃)，样品的杂质浓度分布相差越大。但是，随着温度的降低，当温度为800℃时，不同的间隙宽度，样品杂质浓度分布相差较小。本模拟的结果与已报道的实验结果的趋势一致，从而证明本模拟的可靠性。
7.最后是本论文的总结和对今后进一步工作的展望。