随着经济的发展，能源危机日益加重，无污染的光伏发电受到了大家的广泛关注。微晶硅薄膜太阳能电池既有高效率和稳定性好的优点，又有节省原材料、可大面积连续生产的特点，它一直是人们比较关注的薄膜太阳能电池。对微晶硅薄膜太阳能电池来说，窗口层和本征层的质量对电池性能影响比较大。因此，重视研究薄膜的生长机理，可以为调控薄膜质量和改善电池性能提供指导。由于微晶硅薄膜的生长是个复杂的气相反应过程，对其生长机理还没有达成共识，有必要对薄膜的生长机理进行研究。此外，实现微晶硅薄膜太阳能电池产业化的关键是如何缩短生产周期，降低器件成本。提高本征层薄膜的生长速率，就是降低生产成本的重要措施之一。在薄膜高速生长条件下制备的器件，其性能往往容易变差。其中重要的是在高速沉积条件下，要注意改善薄膜的纵向均匀性，使得在高速生长条件下能制备出器件级优质微晶硅薄膜，从而制备出高效率电池。根据以上目标本论文对其进行了研究，具体分为以下几个方面:　　1.薄膜生长机理的研究。薄膜的生长过程分为气相反应动力学和表面生长动力学两部分。对气相反应动力学采用模拟和实验相结合的手段进行了研究。模拟辉光功率对氢等离子体和氢气与硅烷混合气体等离子体的影响。随功率的增加，氢等离子体中Hα和Hβ的数密度均呈现出增加的趋势，电子浓度和电势也呈现增加的趋势，而电子温度的变化很小;混合气体中的SiHx基团的浓度也随功率增加呈现增加的趋势，促进了薄膜生长。通过和实验对比，两者的结果是吻合的。另外分析了反应压强、气体流量和反应时间对氢等离子体的影响。对表面生长动力学主要采用椭圆偏振光谱仪对薄膜的生长进行了研究。首先分析了原子力显微镜和椭圆偏振光谱仪这两种测量手段在表征薄膜表面粗糙度时的异同，并得出结论:采用椭圆偏振光谱仪也是表征薄膜表面粗糙度的有效的、可靠的手段。由于实时在线椭圆偏振光谱仪相对于离线装置更加昂贵，对比了在线和离线测量薄膜时的异同，发现在薄膜厚度较大时，两种测量得到薄膜的厚度几乎没有差异;而当薄膜厚度较小时，在线得到的薄膜总厚度比在离线得到的要小，而在线测量的薄膜表面粗糙度比离线的大。也就是说在线测量手段在表征较薄的薄膜时更加准确。采用实时在线椭圆偏振光谱仪对薄膜的生长过程进行了监测，并根据薄膜表面粗糙度的演化过程，监测到薄膜从非晶相向非晶微晶混合相的转变，以及进一步向微晶硅单相转变的生长过程。　　2.分析辉光功率和硼掺杂浓度对P型微晶硅薄膜性能的影响。随辉光功率的增加，薄膜的晶化率呈现先增加再减小的趋势，并且薄膜沉积时光发射谱中的SiH*、Hβ和Hα的强度呈现增加的趋势。当硼掺杂比例增加时，因为硼抑制了薄膜的晶化，薄膜的晶化率下降;由于硼的催化作用，使得薄膜的沉积速率随硼掺杂浓度的增加而增加。当硼掺杂浓度增加时，由于硼的催化作用和阴影效应使薄膜的生长指数增加，并且粗糙度因子发生下降。　　3.提高本征层微晶硅薄膜的沉积速率。采用高压、高功率和高硅烷浓度的方法可以提高薄膜的沉积速率。为了减小薄膜在高速生长初期形成的非晶孵化层，采用两步法制备微晶硅薄膜。首先采用低压低功率法沉积一薄的籽晶层，然后再高速沉积微晶硅薄膜。在两步法高速沉积的微晶硅薄膜中，薄膜的晶化率随薄膜厚度的增加而增加，使得薄膜在纵向存在严重的不均匀性。为改善这一状况，在籽晶层沉积结束后，保持辉光不断，使反应气压、辉光功率和硅烷浓度这三个参数同时线性缓慢增加，这样制备的薄膜纵向均匀性得到了改善。采用这种籽晶层法和三参数同时线性增加的方法，制备了纵向均匀性较好沉积速率高达3.4nm/s的高质量微晶硅薄膜。　　4.制备单结微晶硅薄膜太阳能电池，并且改善沉积工艺提高电池性能。电池的结构为玻璃/绒面ZnO/p型微晶硅/i型微晶硅/n型微晶硅/Al电极。首先对电池的制备工艺进行了探索，得到了光电转换效率为4.2％的单结微晶硅薄膜太阳能电池。然后通过模拟计算本征层质量对电池性能的影响，为实验进行提供指导。在实验中通过调整本征层厚度、制备缓冲层、对Al背电极退火以及优化本征层沉积参数等，最终在沉积速率为1nm/s时制备了光电转换效率为7.8％的电池。　　本文是国家“973”项目“大面积低价长寿命太阳电池关键科学和技术问题的基础研究”的一部分。本文承担了该项目1号子课题“高速优质微晶硅薄膜制备技术及其生长机理研究”的一些基础性工作。