随着环境污染和资源枯竭问题的日益突出,近年来,世界各国竞相实施可持续发展的能源政策。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生资源,也是可利用的最直接的清洁能源之一,太阳能发电及光伏发电事业备受瞩目。太阳能电池则是把太阳能直接转换成电能的一种半导体器件。硅在地球上是含量第二丰富的材料,仅次于氧。相比之下其他太阳能电池相关材料的丰度都很有限,难以在太阳能电池产业中形成支配性的地位。因此人们有理由认为,只有硅基材料的太阳能电池在未来最有可持续性。然而由于硅禁带宽度的限制,近三分之一的太阳光不能被硅吸收转化,普通单晶硅太阳能电池理论极限效率也仅为29％。因此不断提出新的电池结构、材料改进、技术改进和设备改进以降低太阳能电池成本、提高效率具有十分重要的价值和意义。　　 在特定的气体氛围下,用一定能量密度的超短脉冲激光连续照射单晶硅片表面,或者用离子注入在硅中引入硫族元素等方法,可在硅表面得到准规则排列的微米量级尖锥结构,该表面微构造过的结构也被称为黑硅。这一新材料有奇特的光电性质,如对0.25μm到近17μm波长的光有强烈的吸收,具有良好的场致发射特性等,为硅提供许多新的功能。Mazur教授预言这种新材料相当于60年前的半导体,在探测器,传感器,显示技术及微电子等领域都有重要的潜在应用价值,尤其在高效太阳能电池领域具有其他材料无可比拟的优越性。　　 提高太阳能电池的转换效率一直是光伏科学发展的主要方向之一,而实现高转换效率的首要途径是尽可能减小太阳能电池材料对太阳光的损失,这是光伏科学技术发展几十年来一直令人特别关注的课题。基于减少光损失这一思路的中间带太阳能电池和表面微构造硅材料若能完美结合,势必大大推动高效太阳能电池的研究进展。研究证明,利用杂质掺杂是一种较为简单的形成中间能带的方法,选择合适的掺杂杂质,表征杂质及杂质在材料中的位置对太阳能电池的影响是制作高效杂质中间带太阳能电池所必须解决的问题。本文首先利用三能级光吸收模型分析了微构造硅对太阳光利用的增强,详细研究了硅中掺入杂质的电离能,杂质带宽度与光损失的关系,计算结果显示,掺入电离能为EI=0.366ev或者EI=0.754ev.掺入杂质带宽度d=0.11ev时,能得到最低的光损失率,约35.6％；并利用多能级光吸收模型分析了在禁带中引入两个中间能级后的硅对太阳光利用的增强,详细研究了硅中掺入杂质的位置与光损失的关系。计算结果表明当在硅禁带中引入两个中间能级时,当引入能级距离导带底EI1=0.186ev,EI2=0.711ev或者EI1=0.409ev,EI2=0.934ev时光损失率最小,约为32.55％；此外我们根据细致平衡理论计算了基于硅的三能带太阳能电池的极限转换效率,得出结论在硅中引入能带位置为距离导带底0.362ev时的中间带时能获得约为54.1％的极限转换效率;最后我们对表面微构造硅中掺入硫族元素的情况下的光损失及相应中间带太阳能电池的极限转换效率进行了详细分析,并详细讨论了基于表面微构造硅的太阳能电池效率问题。