高效率低成本太阳电池技术是普及光伏发电的关键的因素。目前光伏市场中,单晶硅电池由于较高的转换效成为主流。过去,人们研发了多种高效率的单晶硅电池结构,使转换效率达到了较高水平,但高昂的生产成本限制了其在光伏领域的大规模应用。黑硅的发现及黑硅电池技术的发展,为低成本高效率电池的研发提供了有效的解决思路。黑硅是对入射光在较宽的波段范围内都有极低反射率的一种硅材料,这使黑硅电池相对普通晶体硅电池可以吸收并利用更多的太阳光,从而可以获得更高的转换效率。同时由于本身的低反射率特性,黑硅电池不需要制备减反射膜,就大大降低了生产成本。基于这些特点,黑硅电池成为光伏领域的研究热点。但是由于特殊的表面纳米结构使黑硅电池的载流子复合远高于普通单晶硅电池,从而导致目前黑硅电池效率并没有达到人们的预期。本文通过对黑硅电池载流子复合机制及光学特性进行深入的理论分析,提出了新的钝化工艺,并对整体的电池制备工艺进行优化,大幅度提升了黑硅电池的转换效率。本文主要研究内容如下：(1)利用银纳米粒子辅助刻蚀方法成功在大尺寸(156×156mm2)单晶硅片表面制备出纳米线结构,使表面反射率由11.62%降低至1.86%。研究了刻蚀时间对纳米线尺寸及反射率的影响。为了改善纳米结构均匀性,我们对刻蚀工艺进行改进：将银粒子沉积与表面刻蚀过程分步进行,使纳米线分布均匀性改善的同时,进一步降低了黑硅样品的反射率。采用KOH二次腐蚀的方法对纳米线结构进行调制,使纳米线长度和间距可以在更大范围内变化,为电池制备过程中工艺调整提供了更广泛的选择空间。(2)利用刻蚀后的黑硅硅片制备了黑硅电池。为了对比黑硅电池性能,同时制备作为参比的普通单晶硅电池。利用准稳态光电导(QSSPC)测试研究了黑硅电池的载流子复合寿命,并结合电池发射极掺杂浓度分布曲线系统分析了载流子复合机制。通过比较两种电池的I-V特性、内量子效率及电致发光图,分析了黑硅电池电学性能较差的原因：严重的表面复合以及发射极俄歇复合使其载流子寿命显著降低,抑制了开路电压、短路电流及其短波响应,最终导致转换效率较低。(3)为解决黑硅电池表面严重的载流子复合问题,我们尝试采用了不同的钝化方案：采用高温热氧化钝化制备黑硅电池,并分析了不同钝化温度对电池性能的影响；为了能抑制高温使电池产生的热缺陷,首次将高压热氧化钝化的方法运用于大尺寸黑硅电池；我们通过制备SiO2/SiNx:H叠层钝化膜,利用具有较低界面态密度的Si-SiO2界面抑制了表面复合速率,改善了黑硅电池的短波IQE,并且利用SiNx:H中H的钝化作用抑制发射极表面及体复合,使转换效率达到17.1%。为了简化工艺,并节约成本,我们采用热氧化的方法对黑硅电池进行钝化。(4)我们针对每一步黑硅电池制备工艺进行优化,使电池效率稳步提升：优化扩散工艺,寻求表面低掺杂浓度与减小接触电阻最佳工艺；调整纳米线的尺寸,在反射率和表面载流子复合之间寻求最佳平衡工作点；增大栅线密度同时保证较小遮挡面积和串联电阻,尽量减小载流子在发射极高复合区的输运距离；改进黑硅刻蚀工艺；对黑硅电池发射极使用TMAH溶液腐蚀,抑制了发射极的俄歇复合,电池效率提升至17.33%。采用SiO2/SiNx:H叠层钝化膜的黑硅电池效率达到19.05%,高于目前p型单晶黑硅电池报道的最高效率,也高于作为参比电池的普通单晶硅电池平均效率。