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太阳电池是当今世界最具发展前景的可再生能源之一,太阳电池的发展趋势是低成本、绿色和高效。在众多太阳电池类型中,p-Si/n-ZnO异质结太阳电池格外引人注目,因为Al掺杂ZnO（简称AZO）作为n型ZnO,除了保持本征ZnO的绿色、原材料丰富和低成本等优点外,还具有低电阻(≤10-3Ωcm)、高霍尔迁移率（≥36cm2/Vs）和高透射率（可见光范围内≥90%）等特性,Al掺杂ZnO与Si形成的p-Si/n-ZnO异质结太阳电池具有结构简单、绿色、原材料丰富、低成本、理化性能稳定和拓宽光谱等优点。此外,Si/ZnO异质结也广泛应用于光电二极管、探测器和声波器等微/纳/光电子器件及系统。太阳电池性能主要受pn结的影响,但目前对Si/ZnO异质结相互作用和键合机理、Si/ZnO界面修饰和（n-）ZnO薄膜性质等方面的许多问题还没完全弄清楚,在很大程度上人们通过经验或半经验方法研究Si/ZnO异质结,限制了Si/ZnO在太阳电池及其他领域的应用。因此,探索Si基ZnO薄膜及其界面是提高Si/ZnO器件性能的主要基础研究工作。本文从Si基ZnO薄膜生长及相互作用、ZnO系列薄膜性质、热冲击下Si基ZnO性能和Si/ZnO异质结太阳电池及其界面修饰等方面进行细致研究,主要研究内容如下:1.采用射频磁控溅射技术,在p-Si（100）衬底上沉积本征ZnO纳米薄膜,研究ZnO的生长机理。AFM和XRD结果表明,Si基ZnO薄膜是岛-层状生长模式,首先晶粒成核,逐步长大,然后晶核相连并形成岛屿状,开始有（002）择优生长的倾向,随着继续沉积,岛屿相连并晶粒重组细化,具有明显的（002）择优生长。2.制备Si基ZnO薄膜和Si基AZO薄膜,分别在氧化和还原氛围中进行退火,研究了Si/ZnO界面相互作用和键合机理。通过实验（XRD、FTIR、XPS、Hall和PL）与模拟（第一性原理和分子动力学）相互对比,结果表明,在Si/ZnO界面处一定量的间隙态Si原子与ZnO中的O原子发生相互作用,间隙态Si抢走Zn-O键中的O原子并留下氧空位,并且Si/ZnO相互作用会产生新的无序内建电场;Si/ZnO相互作用强度主要受ZnO薄膜中O含量的影响,ZnO薄膜的氧量越丰富,Si/ZnO相互作用的扩散宽度越小,但Si/ZnO相互作用越充分;Si与ZnO相互作用充分的条件是Si/ZnO界面处有两个间隙O原子,此时间隙Si原子与四个O原子发生键合作用并达到饱和,以SiO4物相形式出现,其中三个O原子来自Zn-O键,另一个是间隙态O原子。3.根据薄膜掺杂的物理与化学性质,对本征ZnO、AZO和ZnO/AZO等系列薄膜进行研究。采用射频磁控溅射技术在p-Si（100）衬底上沉积ZnO、AZO和ZnO/AZO双层薄膜,然后在400°C、500°C和600°C下进行氧化退火。实验（XRD和FTIR）与模拟（第一性原理）结果表明,400°C退火后AZO薄膜的Al-O键较弱,是因为部分Al未与O发生键合作用,说明Al原子以间隙态存在于ZnO晶体中,并且间隙态Al原子受退火温度影响很大,随着退火温度增至500°C和600°C,间隙态Al原子转变为Al置换Zn位置的掺杂形式。此外,与Al置换Zn位置的掺杂ZnO相比,Al间隙掺杂ZnO和ZnO/AZO双层薄膜的电导率、透射率和光电导等光电学性质比较差。4.由于Si/ZnO器件会承受工作的高低温和昼夜的温差,因此基于寿命加速理论,本文研究了热冲击下Si基ZnO薄膜和AZO薄膜的性能。根据太阳电池IEC61215标准<环境可靠性>检测项目,本文选用-40°C+85°C范围对Si基ZnO和AZO薄膜进行热冲击,结果表明随着冲击次数增加,Si/ZnO界面结合力比较稳定,ZnO晶体结构和键合性能也稳定,Si基ZnO薄膜的晶粒先团聚粗化然后细化,AZO薄膜的透射和光致发光性能显著降低。此外,热冲击下Si/ZnO界面相互作用对ZnO和AZO薄膜的光学性质有显著负面影响。5.基于上述内容,本文研究了p-Si/n-ZnO异质结太阳电池及其界面修饰的光伏性能。选用Al作为背电极,制备Al/p-Si/n-ZnO/OMO结构的太阳电池,经太阳能标准条件AM1.5测试,结果表明Si/ZnO异质结太阳电池的开路电压Voc=275.2mV、短路电流密度Jsc=17.2mA/cm2、填充因子F.F=279.8和效率η=13.25%。Si/ZnO异质结太阳电池界面修饰的最优方案是:在p-Si（100）衬底上制备ZnO薄膜生长初期的某一特定阶段,并对其进行氧化处理（用ZnO-O表示）,然后依次制备Al/p-Si/ZnO-O/n-ZnO/OMO结构的太阳电池,其开路电压Voc=393.2mV、短路电流密度Jsc=20.2mA/cm2、填充因子F.F=237.3和效率η=18.86%。此外,基于第四部分的热冲击方案,研究了热冲击下Si/ZnO太阳电池的光伏性能,结果表明热冲击后Si/ZnO太阳电池的光伏性能大幅度降低。