在过去的十几年中，飞秒激光作为一种先进的科研工具和技术手段，不但极大地促进了飞秒物理学、飞秒化学、飞秒生物学等新兴学科的快速发展，而且在许多其它技术领域也找到了很重要的应用，特别是在超微细加工方面的应用更是受到了人们的广泛关注。而光伏半导体材料特别是薄膜太阳能电池代表着未来能源发展的新趋势。本论文着眼于通过对超短脉冲激光系统各主要技术参数的有效控制，探索飞秒激光在光伏半导体材料表面进行微细加工的创新应用，主要内容和结果如下：　　 (1)采用1 kHz、800nm、50 fs-24 ps连续调谐的钛宝石激光脉冲，分析研究了单晶硅(C-Si)样品在空气和水溶液两种不同工作环境中的烧蚀加工特性。实验观察到了超短脉冲激光在空气氛围中烧蚀形成的双层环状结构，并揭示了光束中心和边缘的材料去除过程分别起源于热熔化和库仑爆炸的物理机制。通过测量了其中内、外环半径随入射激光能量、脉冲个数和脉冲宽度等的依赖关系，表明获取较大的深一宽比的加工效果需选择小能量脉冲激光的多次作用。在水溶液环境中，实验发现了飞秒激光在样品表面通常会产生熔融状的“多孔”结构，并论证了皮秒激光更容易实现对硅表面的非热熔性去除。本文认为这是由于激光诱导的光机械应力和空泡效应随脉冲宽度变大而增强所致，并在实验上确立了区分这两种不同加工状态的临界脉宽。　　 (2)在空气中，应用飞秒激光对铜铟镓硒(CuInGaSe2)薄膜太阳能电池表面进行了微纳结构处理。在保持聚焦光束不变的条件下，通过移动样品的划刻实验，研究了激光脉冲特征参数(能量、脉宽、偏振态和扫描速度等)对材料表面微结构的影响，发现了激光诱导样品表面形成周期约630 nm的亚波长光栅阵列结构。光栅条纹方向随入射线偏振光的方向而发生变化，但始终与光偏振方向相互垂直。对于入射的左旋或右旋圆偏振激光，材料表面仍然会产生周期性光栅结构，但其条纹方向相对于样品移动方向逆时针或顺时针旋转了45°。X射线衍射和拉曼光谱的测试结果表明：经过激光处理后样品表面的晶格结构均未发生改变，但是样品中Ga元素的结晶含量将随着不同激光脉冲宽度而发生变化，从而样品的光谱吸收带宽也得到了相应的调整。光学测量表明，经过飞秒激光处理后的薄膜样品在近红外波段的透射率较处理前降低了约30％。这些研究结果为进一步改善铜铟镓硒薄膜的光电特性提供了参考。　　 (3)采用飞秒激光对非晶硅(α－Si)薄膜材料表面进行了微细加工实验研究。实验观测了脉冲宽度为50 fs时不同入射激光能量作用下薄膜样品表面形成的多种微纳结构，发现了随着激光能量的增加，样品表面的烧蚀效果趋于明显，并伴随有大量纳米量级的微小颗粒产生。显微拉曼光谱测量表明：飞秒激光加工后的非晶硅薄膜已经获得了部分晶化，从而意味着其中可能具有微晶、纳米晶硅的出现，这为未来发展高效硅基太阳能电池提供了前期实验基础。这部分研究工作还待于进一步地深入分析和探讨。