全球性的资源枯竭和环境污染已成为困扰人类长期稳定发展的首要阻碍。太阳能是可直接利用的取之不尽用之不竭的绿色清洁能源，利用太阳能进行光伏发电是解决能源和环境问题的最有效方法之一。但是由于硅禁带宽度的限制和表面反射率较高等原因，普通硅基材料最多只能吸收60％的太阳光，使得硅基太阳能电池的利用和转化效率受到极大限制。因此，不断改进电池的结构、改造加工技术、开发新材料等对提高太阳能电池的光电效率，降低生产成本等有十分重要的现实意义。　　新型太阳能电池的开发主要集中于高效太阳能电池和薄膜太阳能电池两大方向，在含特定的背景气体参与下，用一定能量密度的飞秒激光脉冲连续照射单晶硅片表面，可在表面制备出大量微米量级的近规则排列锥形尖峰结构，这种的新材料被称为黑硅，黑硅有奇特的光电性质，如在可见到红外波段（对应0.25μm到近16μ m波长）对光有强吸收，具有良好的场致发射和光电响应等，被认为制备新型硅基光电子功能器件的主要候选材料之一，在探测器，传感器，显示技术及微电子等领域都有重要的应用价值，尤其在高效太阳能电池领域具有其他材料无可比拟的优越性。　　黑硅在全光谱尤其是近红外波段表现的优秀的光吸收性和光电响应被认为与注入其中的硫族元素(S、Se、Te)有很大关系，并且只有在硫族杂质掺杂浓度很大的时候才会表现出很强的光电响应特性。因此，对重掺杂硫元素的黑硅材料，第三章建立了一个简单而有效的哈伯德模型，用紧束缚方法确定相关参数，并通过这个模型分析了硫杂质所对应能级在杂质浓度增大情况下能级到能带的转变:硫元素进行替代位掺杂的情况下，两个杂质能级将展宽形成上下两个能带，并且在掺杂浓度继续增大的情况下两个能带将合并为一个能带。通过计算可以得到能带合并的临界浓度为3.497×1021/cm3。理论建模分析有助于对其物理特性的理解，为重掺杂硫元素硅的有效利用打下了坚实的基础。　　研究证明，利用杂质掺杂是一种有效的引入中间能带的方法。因此，选择合适的掺杂杂质，研究杂质在材料中的浓度和位置对太阳电池的影响，可以为制备相关高效太阳电池提供了理论基础和技术支持。第四章通过相关的数值模拟和理论分析，深入地研究了掺杂Se杂质的中间带光伏太阳电池的输运性能，结果表明:对于施主型Se杂质，可以在硅中引入三个施主能级，分别是(Ec-0.31)eV、(Ec-0.4)eV和(Ec-0.52)eV对应单个能级的电池的短路电流密度增加量分别为9.42mA/cm3、8.02mA/cm3、7.33mA/cm3，相应的电池光电转换效率净增量分别为7.8％、6.1％、3.8％。当杂质能级位于导带下0.30～0.35eV的能级区间时，所掺入的杂质将使中间带太阳能电池的光电转换效率净增量最大。　　当有三个能级共同起作用时，电池的转换效率反而不如处于最优位置的单施主能级的转换效率，这是因为另外两个能级将最优位置入射光的子带光子分流，影响了最优位置的光电转换。中间能级使电池的近红外光谱响应产生了延展，对于施主型掺杂杂质，提高中间带太阳能电池的转换效率重点在于对空穴热俘获截面大小的控制。