目前,以锗单晶为衬底的三结太阳能电池是空间电池的主流,但是锗是一种典型的稀散金属,资源稀缺,价格昂贵。且目前的切片技术所得锗片的厚度约为100-300 μm,而在叠层电池中有效的锗厚度仅为10 μm左右。使用薄膜技术,在硅衬底生长高质量锗薄膜来替代锗单晶可以大幅度地节约材料,降低成本。然而,硅的热膨胀系数为2.44×106/K,锗的热膨胀系数为6.12×106/K,二者热膨胀失配高达60%,硅和锗界面处容易产生较大的失配位错,在硅基锗薄膜的退火过程中易发生龟裂,甚至脱落的现象,如何在硅衬底上生长出质量良好的锗薄膜一直是薄膜制备中的挑战。本文利用高真空磁控共溅射设备,优化了 Si1-xGex渐变缓冲层的磁控溅射双靶功率控制参数,在Si(100)衬底上生长锗组分渐变的Si1-xGex梯度缓冲层来降低Si/Ge间的失配位错,以制备高质量的锗薄膜。利用快速热退火设备和常规热退火设备对制备的锗薄膜进行退火处理。利用扫描电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱测试仪、原子力显微镜、金相显微镜等测试手段对硅衬底锗薄膜进行了表征和分析。系统地探究了衬底温度、退火温度、退火时间对锗薄膜晶体质量的影响。主要研究成果如下:1.Si1-xGx缓冲层界面清晰,元素梯度分布均匀。AFM结果表明在此缓冲层上制备的3.6 μm厚的锗薄膜表面粗糙度RMS仅为2.67 nm,大大优于无缓冲层锗薄膜。2.磁控溅射过程中,衬底温度越高,锗薄膜晶化程度越高,实验发现锗薄膜的溅射临界晶化温度为375℃,并对溅射过程中锗薄膜晶化机理进行了分析。3.快速热退火过程中,未出现锗膜脱落现象,提高退火温度有利于晶粒长大。在800℃、110 s退火条件下,锗薄膜由Ge(220)择优取向转变为Ge(111)择优取向,利于后期电池扩散工艺的处理,并针对择优取向进行理论性的分析。4.常规热退火过程中,退火温度为临界晶化温度时,获得锗薄膜的晶体质量最佳。延长退火时间薄膜晶体质量进一步改善,Ge(1 11)衍射峰占比增强。退火温度350℃退火100h的条件下,锗薄膜Ge(111)晶面衍射峰占比超过90%。与快速热退火方法相比,常规退火处理可以在低温下进行,获得锗薄膜具有更高Ge(111)择优取向。