飞秒脉冲激光在一定气体氛围下照射单晶硅表面,其照射过的表面区域在肉眼观察下呈现黑色,而其微观表面呈现椭圆锥状尖峰结构;这种俗称“黑硅”的特殊材料对近紫外至中红外的光谱都具有超过90%的吸收,并且其表面椭圆锥状尖峰越高,则其吸收效率越佳。本文主要介绍了飞秒脉冲激光制备微纳结构硅基光伏材料的研究。在本项目中,成功搭建了用于制备“黑硅”光伏材料的实验系统,并且利用该系统成功制造出具有较高微型椭圆锥状尖峰高度的“黑硅”光伏材料,总结出制造“黑硅”光伏材料的实验步骤及实验参数。本文论述了在各种不同参数下制造出“黑硅”光伏材料,并且研究了不同参数下其表面形貌的变化规律。1、研究了一定飞秒脉冲激光功率,一定的SF6气体压强下,“黑硅”表面微型椭圆锥状尖峰随飞秒激光脉冲数的变化关系;2、研究了飞秒脉冲激光功率大小对“黑硅”表面形貌的影响,并且总结了“黑硅”表面形成的微型椭圆锥状尖峰的高度曲线; 3、研究了不同SF6气体压强下,“黑硅”表面椭圆锥状尖峰的变化规律;4、研究了恒定能流密度下,分别改变飞秒激光脉冲数和飞秒激光功率的大小,“黑硅”表面微纳结构的变化规律。通过以上研究,我们发现在一定飞秒脉冲激光功率,一定的SF6气体压强下,“黑硅”表面微型椭圆锥状尖峰随飞秒激光脉冲数的变化呈现一种非线性的关系,从理论上解释了该非线性关系是由飞秒脉冲激光诱导等离子增强刻蚀效应和强激光消融效应相互作用决定的;并且发现即使改变SF6气体压强,该非线性关系并不随之改变。本文基于“黑硅”表面形成的特殊微型椭圆锥状尖峰结构,利用软件仿真的办法进行“黑硅”表面结构的建模,计算出“黑硅”表面形成的特殊锥状尖峰结构使其表面积相对于普通单晶硅表面具有20倍的提升,极大的增加了入射光的吸收面积和光程;并且根据“黑硅”表面结构的模型,在全光谱范围内进行光反射率的仿真实验,测定的全光谱反射率的数据与实际较接近。从而在理论上证明了“黑硅”表面形成的特殊的微纳椭圆锥状尖峰结构具有强烈的“陷光”作用。最后提出基于“黑硅”光伏材料的太阳能电池的制造方案。