太阳能光伏发电以其能量无限和无环境污染的独特优点，成为目前解决能源和环境问题最有希望的可再生能源。我们通过大量文献资料的查阅，了解了太阳电池发展的现状和面临的困难，明确了本课题的研究背景和意义。属于第三代太阳电池的热载流子太阳电池突破了传统热平衡限制的太阳电池极限效率，同时，薄膜化工艺又可大幅降低太阳电池成本，是未来太阳电池的发展方向之一。根据热载流子太阳电池的理论和课题组以往的研究结果，我们认为a-C:N (非晶氮化碳) 薄膜是有希望成为第三代热载流子太阳电池的光伏新材料。 近年来，将碳基材料应用于太阳电池和半导体器件的研究已经受到国内外学术和产业界的重视。该课题正是在此背景下，由上海市科委立项资助，开始对a-C:N及a-C:N/P-Si异质结进行的系统研究。 本文的主要工作和创新之处在于： 第一，采用离子束溅射反应沉积技术，在P型绒面硅和P型硅基片上沉积出用于制备太阳电池的a-C:N薄膜，对离子束能量的变化对a-C:N的影响做了研究。我们制作了两种常规电极，以便获得稳定的异质结开路电压，以研究异质结光伏特性。用真空热蒸镀工艺在a-C:N/P-Si异质结的a-C:N薄膜表面镀上一层半透明的铝薄膜。首次采用磁控溅射法在a-C:N/P-Si异质结的a-C:N薄膜表面制备了一层ITO透明导电薄膜。 第二，为了研究薄膜微结构的变化及异质结开路电压变化与沉膜工艺的关系，对a-C:N薄膜进行了Raman、TEM、EDS及HRTEM测试，对Al/a-C:N/P-Si异质结和ITO/a-C:N/P-Si异质结开路电压进行了测定，并对数据结果进行了分析。ID/IG 比率，Isi/IG 比率是研究氮化碳薄膜微结构的重要拉曼参数，对这些参数随氮离子束能量的变化进行了研究。EDS和TEM测试显示，随着氮离子束能量增大，薄膜中氮原子含量下降，团簇尺寸大幅下降，非晶网络中团簇分布也趋于均匀。对HRTEM显微照片上的纳米晶粒晶面间距进行计算，可推断出该晶体结构可能含有混合的α- 、β-C3N4相，其中α-C3N4相占主要地位。在AM1.5 标准光照下测得Al/a-C:N/P-Si异质结和ITO/a-C:N/P-Si异质结开路电压随氮离子束能量的增加而增大。将开路电压的变化与薄膜结构的变化联系起来，我们得到了对应较高开路电压的薄膜结构和沉膜工艺，为下一步工作的深入打下基础。 我们对光伏新材料a-C:N薄膜及a-C:N/P-Si异质结的研究属前瞻性探索。获得的离子束溅射工艺制备的氮化碳薄膜的微观结构和异质结开路电压随氮离子束能量的变化规律，以及Al/a-C:N/P-Si和ITO/a-C:N/P-Si异质结的制备，都是本工作的创新之处。研究所获得的经验，为进一步研发与改进设备提供了依据，并为将来a-C:N薄膜热载流子太阳电池的研究打下了一定的基础。