太阳电池的研究一直受到人们的关注,以低成本、高效率、长寿命和环境友好为目标的新一代太阳电池已成为当前太阳电池研究的热点之一。硅量子点(Si-QDs)薄膜在太阳电池领域具有重要的应用前景,基于Si-QDs的全硅叠层太阳电池是最有可能应用的高效太阳电池之一。全硅叠层太阳电池还处于实验探索阶段,有待于进一步深入研究。本论文的研究工作主要集中在本征和掺杂Si-QDs薄膜的制备和性能研究,用于Si-QDs制备的退火方法研究,以及Si-QDs/c-Si异质结太阳电池的制备和性能研究等方面,取得的主要研究成果如下:(1)采用磁控共溅射结合快速光热退火技术,通过周期性调节溅射功率制备了周期性梯度结构的氮化硅基Si-QDs薄膜材料,并与硅含量相当的单层薄膜的结构、光学和电学性能进行对比。结果表明,梯度薄膜的晶化率、量子点数密度、导电性能均优于单层薄膜,此外,梯度薄膜中的辐射复合缺陷少于单层薄膜。(2)对磁控溅射制备的Si/SiOx多层薄膜进行了微波退火和快速光热退火的对比研究。结果发现,采用微波退火比快速光热退火所需的退火温度降低了约200℃;在相同退火温度下,微波退火制备的样品的Si-QDs数量和晶化程度均比快速退火样品的高。对SiOx单层薄膜分别进行了1000℃微波退火和1100℃快速光热退火,结合XPS分析,发现经微波退火处理的薄膜,Si-Si键含量更高,将这一现象归因于微波的非热效应促进了SiOx的相分离。(3)为了研究快速光热退火炉中的短波光的光量子效应在Si-QDs薄膜生长过程中的作用,提出了滤光光热退火方法。通过对磁控共溅射制备的Si Nx薄膜进行常规快速光热退火和滤光快速光热退火的对比研究。发现滤光光热退火处理的薄膜具有更好的微结构特征;滤光快速光热退火更有利于Si-QDs的形成;光热退火中的光量子效应不利于富硅SiNx薄膜中的Si-QDs的形成和晶化。(4)采用磁控溅射制备了Sb/SiNx多层薄膜,结合快速光热退火使薄膜中形成了锑掺杂的Si-QDs(或Si-NCs)。通过调节Sb层厚度,得到了Sb含量从0.32 at.%到1.82 at.%变化的系列薄膜样品。适量的Sb掺杂有诱导生长Si-QDs(或Si-NCs)的作用。PL谱结果表明,随着Sb含量的增加,Sb杂质引起的非辐射复合缺陷增加,导致其发光峰强度减弱。Hall测试结果表明,随着Sb含量增加,载流子浓度增加,Hall迁移率减小,电导率呈先增加后减小趋势,过高的Sb杂质会使导电性能变差。(5)通过磁控共溅射结合快速光热退火,制备了不同B掺杂量的富硅氮化硅薄膜。研究了B掺杂量对薄膜的结构、光学和电学性能影响。结果表明,B掺杂量对薄膜的晶化特性没有明显的影响。XPS分析表明B原子可能替位式掺杂于Si-QDs中,或存在于氮化硅基质或Si-QDs和基质间的界面处。PL强度随着B掺杂量的增加而先增强后减弱。所制备的B掺杂Si-QDs薄膜均表现出p型导电行为,且导电性能随B掺杂量的增加而提高,并在0.9 at.%时,电导率达到最大值5.834×10-2 S·cm-1。(6)基于Sb掺杂Si-QDs薄膜制备了Si-QDs/c-Si异质结太阳电池,研究了Sb掺杂量对电池光伏特性的影响。结果表明最佳的Sb掺杂浓度为0.85 at.%,对应器件Sb/0.85/3.4(电池面积3.4 cm2),该器件转换效率为0.19%。通过对不同面积的Sb掺杂浓度为0.85 at.%的器件研究,发现电池性能随电池面积的减小而提高,当面积减小到0.3 cm2时,转换效率达到3.16%。此外,对器件Sb/0.85/3.4进行了优化处理,包括增加AZO导电膜和氢钝化处理,发现增加AZO之后,电极对载流子的收集效率提高,电池效率提高到0.36%,在此基础上,通过增加氢钝化步骤,电池效率提高到0.74%。(7)基于B掺杂Si-QDs薄膜制备了Si-QDs/c-Si异质结太阳电池,研究了B掺杂量对电池光伏特性的影响。发现随着B掺杂量的增加,电池性能提高,当B掺杂量为0.9 at.%时,电池效率为4.26%。制备了尺寸均匀可控的含Si-QDs的SiNx/Si3N4多层薄膜,发现通过调节Si Nx层的厚度调控薄膜的光学带隙。在此基础上,制备了Si-QDs/c-Si异质结太阳电池,发现Si-QDs薄膜的带隙越大,对应的电池效率越高,Si-QDs尺寸为?3.5 nm的器件SL/3.5/1.1(电池面积0.5 cm2)的效率最高,为7.05%。