半导体-绝缘体-半导体(SIS)异质结器件因其结构简单、制造成本低、工艺温度低、性能稳定、理论转换效率高等优点,在光伏研发领域备受青睐。本文根据半导体物理与器件、太阳电池基本原理和半导体制造与分析技术,对磁控溅射法制备的SIS器件工作机理、载流子传输机制、光伏效应、低温特性,高温稳定性、“S型”畸变电流-电压输出特性等展开研究,同时开发出新型的旁路二极管-高效晶硅太阳电池集成器件。研究方法和重要结果如下:(1)利用射频磁控溅射法成功制备了ITO/SiOx/n-Si结构太阳电池,最高转换效率达到11.5%,最高开路电压为0.55 V,最大短路电流为34.22 mA/cm2,最好填充因子为74.13%。通过对器件的输出特性、材料的化学成分纵向分布和微结构表征分析,得出:ITO和n-Si的功函数之差是SIS器件中成功建立内建电势的直接原因;n-Si基体表面的能带弯曲形成的反型层,使SIS异质结器件具有类p-n结的结构,器件的发射极为反型层;磁控溅射中的离子浅注入混合技术,制备出具有隧穿效应的界面SiOx(0<x<2)层,可增强器件的空穴隧穿。这项结果为改善SIS器件的光电转化效率提供了理论依据。(2)采用低温冷却系统,将405 nm激光、卤钨灯和标准太阳光谱作为激发源,研究了ITO/SiOx/n-Si结构太阳电池的变温光伏特性,结果表明:器件的低温特性主要由n-Si材料决定;Si材料在低温下的禁带温度效应、费米能级偏移,导致器件开路电压随温度升高而减小;间接带隙半导体中声子参与的光吸收方式使Si材料的吸收系数随温度升高而增大,进而导致器件的短路电流增大;器件在高温下具有良好的温度系数(-0.34%/℃),优于传统的单晶硅太阳电池;该器件在一年内具有稳定的光电转换效率(9.0%),说明ITO/SiOx/n-Si结构太阳电池具有潜在的应用价值。(3)通过SIS器件的工作原理和载流子传输机制,分析了AZO/SiOx/n-Si和ITO/SiOx/n-Si结构器件在光照下的“S型”畸变I-V曲线,结果表明:载流子传输受阻是导致I-V曲线发生畸变的主要原因;器件的正向电流和反向电流分别由空穴和电子主导;空穴电流和电子电流会受到界面处较厚的SiOx层阻碍,具有类二极管特性;当空穴电流和电子电流不受阻碍时,器件可恢复到正常I-V曲线。我们对SIS器件中“S型”曲线作出的理论解释,将会为同类结构器件,尤其是探索新型异质结光伏器件提供重要的参考。(4)由于SIS器件具有优异的整流特性,将SIS结构成功集成在高效HIT结构太阳电池中,制备出新型的旁路二极管-高效晶硅电池集成器件,具有一定的光电转换效率。集成器件在反向偏压下具有旁路二极管的特性,可避免强电流对HIT电池部分的损伤;集成器件在正向偏压下具有HIT电池特性,可进行光伏发电。我们设计的旁路二极管与高效晶硅电池集成的新型光伏结构,为光伏发电的大规模应用提供新思路和新方法。