硅基薄膜太阳电池因其成本低、易于大规模生产等优点，近年来得到大规模发展和推广。研究者普遍认为，采用多结叠层结构是提高硅基薄膜太阳电池转换效率和稳定性的最有效手段。这其中，提高顶电池的开路电压和短波响应是获得高效叠层电池的关键。目前，如何获得宽带隙、高性能的本征吸收层及p型窗口层材料是顶电池制备和优化过程中的重点和难点。p型非晶硅碳(p-a-SiC:H)以及本征非晶硅碳(i-a-SiC:H)材料作为典型的合金型宽带隙材料，已广泛应用于硅基薄膜太阳电池领域。在此基础上，本论文利用与现有技术相兼容的RF-PECVD法，将纳米结构引入传统的a-SiC:H材料中，成功制备出p型纳米硅碳以及本征纳米硅碳材料。利用纳米材料优异的光电性能，实现纳米硅碳顶电池以及叠层太阳电池性能的提升。　　主要研究内容和成果总结如下：　　第一、研究了制备参数对现有的传统p型窗口层材料性能的影响，包括p-a-SiC:H，p型纳米硅(p-nc-Si:H)和p型微晶硅(p-μc-Si:H)，进而对其结构特征和光电特性进行综合对比，分析总结出传统p型窗口层宽带隙和高电导率无法兼顾的原因。其次，在高氢稀释和低掺杂浓度条件下制备出p-nc-Si:H/a-SiC:H混合相材料，通过结构分析发现在高氢稀释条件下，适当的掺杂浓度既可以提供足够的掺杂源，同时也起到抑制晶化的作用。包覆在a-SiC:H网络中尺寸为6-8nm的晶粒可以产生显著的量子尺寸限制效应，使光学带隙得到展宽，而此时Si-C合金效应起到次要作用。另外，纳米晶粒的引入可以有效提高材料中程有序性、减少带尾态密度、提高硼原子掺杂效率，使窗口层材料带隙展宽的同时，电导率也得到一定的提高。为了进一步优化p型窗口层的性能，同时获得宽带隙、高电导率、低吸收系数、低折射率等顶电池窗口层材料所需的优异性能，提出一种新型的量子点超晶格结构，即：采用高电导率的p型纳米硅(p-nc-Si:H)作为势阱层，以宽带隙、未掺杂的a-SiC:H作为势垒层，并使之相互叠加制成周期性多层膜。通过改变沉积条件和等离子体刻蚀时间实现势阱层中纳米硅晶粒尺寸和密度的有效调控，而势垒带隙也可以通过改变a-SiC:H中的碳含量来调制，最终通过量子尺寸限制效应和超晶格隧穿效应实现宽带隙（Eg=2.35eV）和高暗电导率（δ⊥=1.2×10-2S/cm）的同时获得，成为理想顶电池窗口层材料，应用于电池制备出初始效率为7.6％的非晶硅顶电池，Voc=0.99V，Jsc=11.3mA/cm2，FF=68%。　　第二、界面处的载流子输运对太阳电池的性能有重要影响，具有纳米结构的窗口层的引入使界面问题变得更为复杂，因而需要对p层自身的纵向输运特性、p/ITO以及i/p界面性能进行了系统研究。与传统窗口层材料相比，宽带隙纳米硅碳材料不仅通过隧穿效应提高p层中载流子纵向暗电导率，当其与ITO前电极接触时载流子通过隧穿效应形成的良好欧姆接触，最终通过非晶硅电池的暗态 JV曲线测试发现宽带隙纳米硅碳材料的引入有效减小载流子在p/ITO和p/i界面复合几率，实现在界面处良好的载流子输运特性。在光学方面利用等效介质模型模拟计算薄膜直接透射和反射，发现随着纳米硅碳薄膜C含量以及晶化率的提升均可以提高纳米硅碳薄膜的直接透射率，与p-nc-Si/a-SiC:H混合相材料相比，由于p-nc-Si:H/a-SiC:H量子点超晶格势垒和势阱采用分离式制备方法，避免一步法难以同时得到高C含量的硅碳母体和高晶化率的问题，最终获得宽带隙势垒和高晶化率势阱组成的p-nc-Si/a-SiC:H量子点超晶格材料，将其应用在电池器件应用中得到良好的性能，非晶硅电池400nm处外量子效率从57%提高至64%。　　第三、首先系统研究[CH4]%、衬底温度、氢稀释率和辉光功率等制备参数对非晶硅碳材料生长速率和C含量的影响，其中[CH4]%、氢稀释率和辉光功率等制备参数通过改变等离子体中Si和C原子前驱物浓度比例影响硅碳薄膜生长速率和C含量，为主要因素；衬底温度主要通过影响表面悬键（活性点）密度来调制生长速率，为次要因素。其次，系统研究本征非晶硅碳的结构特征和光电特性随薄膜中C含量变化规律，深入分析高C含量下硅碳薄膜缺陷增大的原因，发现Si和C原子半径差异导致Si-C键的掺入同时造成Si-Si键键长和键角的畸变，带尾展宽增加缺陷。再次，系统研究两相硅碳本征材料的结构特征和光电特性随氢稀释率演变规律，结构分析表明本征纳米硅碳材料Si-C键浓度较大和微空洞、C团簇的较少，H原子以孤立SiH或是SiH2键合形式存在使中程有序度提高，材料光电特性改善。最终，在本征吸收层优化条件下，制备出初始效率为7.2%的两相硅碳电池，Voc=1.04V，Jsc=9.66mA/cm2。