从材料学角度分析,硅系太阳能电池中结构最为完整的单晶硅太阳能电池转换效率最高,结构较为完整的多晶硅太阳能电池次之,而呈无序结构的非晶硅太阳能电池转换效率最低。因此,无序网络结构的改善是非晶硅薄膜太阳能电池的主要发展方向。近年来,虽然已开展了大量工作提高非晶硅薄膜的有序度并制备出微晶硅薄膜,但关于沉积环境对薄膜组织结构调控的微观机制还没有深入的研究,并且对决定薄膜结构和性能的生长过程更是没有清晰直观的认识。本文便是从元素组成、热力学和动力学条件等沉积参数入手,研究了不同制备环境下硅基薄膜的微观结构及其对应的性能,总结出工艺参数对薄膜微观结构的调控机制,以期为制备出有序度更高、均匀性更好的硅基薄膜提供实验支持和理论依据。主要的研究内容如下:通过调整[B₂H₆]/[SiH₄]和[PH₃]/[SiH₄]气流量比,制备出两组p、n型a-Si:H薄膜,并检测其微结构和光、电学性能,得出最佳的[B₂H₆]/[SiH₄]和[PH₃]/[SiH₄]气流量比分别为1.0%和1.5%。随后,对最佳掺杂条件下制得的a-Si:H薄膜进行真空退火处理,以研究微观结构对其光、电学性能的影响。通过对比掺杂元素和微观结构对硅基薄膜电学性能的影响可知,无序网络结构的改善对电学性能的提高更为显著。基于此研究结果,后续部分将研究对象简化为本征硅基薄膜。在不同的射频功率下,试图制得原子排列致密度不同的硅基薄膜,并将其在同一热力学条件下进行真空退火处理,揭示了不同的电场环境对硅基薄膜微观结构的影响规律,得到有利于制备原子排列更为有序、致密的硅基薄膜的动力学条件。鉴于微晶硅薄膜具有不均匀的两相结构,为了揭示其生长规律,分别制备出不同沉积时间下的硅基薄膜,采用HRTEM对其截面形貌从衬底到薄膜表面的演变过程进行了直观观察,并通过计算薄膜在不同沉积阶段的沉积速率和对薄膜生长表面状态的AFM观察,分析了微晶硅薄膜的自晶化生长机制。研究发现,沉积过程中不断变化的表面状态是其生长模式发生改变的主要原因,且薄膜在晶态生长模式下的沉积速率高于非晶态生长模式下的沉积速率。在硅基薄膜的沉积过程中掺入氢气可以有效补偿材料中的硅悬挂键,从而改变其微观结构。通过固定硅烷流量、增加氢气流量来改变氢稀释比的大小,以此研究氢稀释比对硅基薄膜生长过程和两相结构的影响规律,期望改善微晶硅薄膜的纵向结构均匀性。经实验验证,氢稀释比的提高的确可以使薄膜在沉积初期的非晶过渡层减薄,由非晶相向晶相的转变提前。然而过高的氢气流量又会影响反应基团到达薄膜生长表面以后的扩散过程,因此薄膜的平均晶粒尺寸随着氢稀释比的增加先增后减。衬底温度可以通过改变沉积粒子或离子在生长表面上的运输过程来影响硅基薄膜的微观结构和电学性能。通过调整衬底温度来改变薄膜制备的热力学条件,沉积出一系列硅基薄膜。由HRTEM照片可知薄膜在沉积过程中的相变随着衬底温度的升高明显提前;而XRD结果又显示了薄膜的整体结晶度和平均晶粒尺寸随着衬底温度的升高先增加后减小,这是因为过高的衬底温度会造成氢气的外逸所造成的。同时,薄膜的少子寿命和暗电导率都表现出了与结晶状态一致的变化趋势,显示出了电学性能与微观结构的正相关性。