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人类对新能源的需求对CuInSe2（CIS）太阳能电池的性能要求越来越高。研究和开发新型的低成本和低能耗的硒化工艺已成为CIS薄膜太阳能电池产业化应用的必然趋势,这对于拓宽太阳能薄膜电池的应用领域及市场潜力都具有极为重要的意义。本文采用磁控溅射法制备CIS太阳能薄膜电池,并对硒化温度、硒化衬底材料、硒化气压、硒化功率、退火温度和硒化时间等硒化工艺参数进行了优化和控制。研究了硒化工艺下CIS薄膜的微观结构、形貌、成分和生长取向的变化规律,以及薄膜的电学、光学和光电性能,分析了CIS薄膜的微观结构和性能之间密切联系的硒化机制和光电机理。在CIS薄膜的硒化工艺研究中,分析了不同硒化工艺对薄膜的组织相变过程、表面形貌以及电学、光学性能的控制和影响。研究结果表明:（1）不超过200℃的低温硒化加热工艺有利于形成具有择优取向的黄铜矿相并抑制闪锌矿相的生长,随着硒化加热温度的增加,薄膜的晶粒形状从颗粒状向板状改变,薄膜粗糙度呈现出先减小后增大的趋势。在所有硒化加热工艺中200℃低温工艺下薄膜具有最佳的导电性能和光学性能;（2）FTO（SnO2:F）和Cu两种衬底上制备的薄膜均具有较好的质量,FTO衬底薄膜存在黄铜矿和闪锌矿两种晶相结构并具有较好的光学性能,而Cu衬底薄膜只存在单相的黄铜矿结构,且具有较高的导电率;（3）不超过250℃的低温退火过程可以形成较好结晶度和较大尺寸的CIS晶粒,并可避免铟和硒的解吸附发生以及CIS相的转变;（4）随着硒化时间的增加,CIS薄膜的两相结构的衍射峰强度变大,更易形成大尺寸的晶粒,显示出更好的导电性能和光学吸收性能;（5）较低的硒化气压（0.5Pa）下CIS薄膜具有明确边界和均匀分布的颗粒,而硒化功率的提高（150W）则可以促进In2Se3和Cu2-xSe等二元相的生成以它们向CIS三元相的转变,因此低气压和高功率下薄膜均表现出较佳的导电性能和和光学性能。通过CIS薄膜的组织结构和表面形貌的分析,针对CIS薄膜的硒化机制进行了研究,并提出了六种硒化模型。硒化机制的研究结果表明:硒化加热工艺发生三个硒化阶段,即低温下二元硒化阶段,中温下三元硒化阶段以及高温下硒化分解阶段;不同的高温退火工艺的硒化机制可以通过三种模型实现,即低温下缓慢硒化模型,中温下快速硒化模型和高温下非硒化模型;不同的硒化衬底材料的硒化机制可以通过三种模型实现,即FTO和铜基底下全部硒化模型、硅和铝铜基底下部分硒化模型和钢基底下非硒化模型;不同硒化时间下CIS薄膜具有三种硒化模型,即短时分散硒化模型,中时集中硒化模型和长时累积硒化模型。不同硒化气压下CIS薄膜具有三种硒化模型,即低压下密集吸引硒化模型,中压下稀疏镶嵌硒化模型和高压下孤岛排斥硒化模型;不同硒化功率下CIS薄膜具有三种硒化模型,即低功率下小角度轰入硒化模型,中功率下反射后堆积硒化模型和高功率下大角度飘入硒化模型。通过CIS薄膜的组织结构,表面形貌以及硒化反应机理的分析,针对CIS薄膜电池的光电性能以及输运机制进行了研究,并提出了六种光电输运模型。光电性能的研究结果表明:随着硒化温度的升高,电池的转换效率以及短路电流密度随着基底温度的增加均呈现出先增加后减小的趋势;Cu衬底CIS薄膜电池的转换效率相比其他衬底较大,且短路电流密度在所有电池中最大;与未退火相比,所有退火加热处理的电池的转换效率以及短路电流密度都有所增加。另外,随着退火温度的增加,电池转换效率呈现出先增加后减少的趋势,低温200℃的退火工艺是提高CIS薄膜电池的转换效率的最佳工艺。随着电池的硒化时间的增加,CIS薄膜电池的转换效率,短路电流密度以及开路电压都有所增加;常温制备下随着硒化气压的增大,电池的开路电压和转换效率依次减小,短路电流密度则呈现先增大后减小的趋势;随着硒化功率的逐渐增大,CIS薄膜电池的光电转换效率不断提高,电池的开路电压呈现出先增大后减小的趋势,当功率达到100W时开路电压到达最大值。光电输运机制的研究结果表明:在界面吸附电场增强模型中,低温硒化加热工艺下CIS层与CdS层之间的颗粒相互吸附结合,导致界面层结合处载流子扩散通道增多,载流子扩散速度增大,从而增强了载流子输运电场的强度;在界面扩散电场增强模型中,低温硒化后退火工艺使界面结合处载流子扩散浓度均匀性有一定程度的提高,空间电荷区也随之不断扩展,空间电荷量也不断增加,从而增强了载流子输运电场的强度;在载流子浓度累积模型中,Cu衬底的功函数与CdS层相差很小,形成了低势垒的欧姆接触和反阻挡层,导致大量的载流子从金属一侧回流到空间电荷区,增加了该区CdS层一侧的载流子扩散的浓度;在载流子数量累积模型中,在长的硒化时间下,作为复合中心的CIS晶粒晶界不断减少,导致了CIS层一侧的载流子的寿命和数量的增加;在输运通道挤压增长模型中,低硒化气压导致前后硒化粒子发生相互挤压,在CdS与CIS层的界面上形成了高低起伏的坡面,PN结之间的载流子输运通道因此变得高低起伏而得以增长;在输运通道钉匝增长模型中,高的硒化功率导致CIS硒化粒子钉匝到了CdS层的内部,从而形成了许多的CIS层与CdS层的凹坑界面,PN结之间的载流子输运通道因此变得弯曲而得以增长。