太阳能光伏转换是新能源利用的最重要组成部分之一,它在解决传统化石能源危机和环境保护方面起着不可替代的作用。太阳电池是一种将光能转换为电能的器件,要实现太阳电池高的能量转换效率,需要尽量提高器件的光学增益和尽量降低器件的电学损失。晶硅太阳电池在太阳能光伏利用中占有绝大部分的市场份额,提高转换效率和降低生产成本是晶硅太阳电池产业的永恒主题。硅基纳微米复合结构,是硅微米绒面和硅纳米结构两者的结合,它既具有硅纳米结构阵列几乎不依赖于入射角度的极低表面反射,也可以在保持等量的反射下进行形貌的控制和优化,从而在电学复合损失控制上体现出巨大优势。在硅基纳微米复合结构的制备方面,分成两步,第一,采用和现有产业一致的碱或酸刻蚀工艺制备金字塔（单晶）或“蠕虫”状（多晶）硅微米绒面;第二,在微米绒面的基础上,采用金属辅助化学刻蚀（Metal-assisted Chemical Etching,MACE）法制备硅纳米结构阵列。MACE法工艺简单、成本低、容易实现大面积制备以及反应物可回收利用等优点。更为重要的是,MACE方法与现有产线工艺完全兼容,这意味着硅基纳微米复合结构的整套工艺流程与现有产线可以实现无缝对接,为实现硅基纳微米复合结构高效太阳电池大规模产业化生产奠定坚实基础。在本文中,我们基于MACE刻蚀方法,分别在大面积单晶硅和多晶硅片上制备了硅基纳微米复合结构,并用不同的钝化介质膜对它们实施钝化。我们研究了它们的光学和电学特性,并将之应用在单晶硅和多晶硅高效太阳电池上,最终在硅基纳微米复合结构太阳电池器件效率上取得了突破。具体研究进展可概括如下:首先,我们基于原子层沉积（ALD）氧化铝（Al₂O₃）钝化的单晶硅基纳微米复合结构（面积125×125 mm²）,同时实现了最低的光学减反（1.38%）和最低的表面复合速率（44.72 cm/s）,解决了硅纳米结构太阳电池中需要对光学增益和电学损失精细平衡这一难题。成功的关键在于ALD-Al₂O₃钝化的硅基纳微米复合结构具有反常的电学特性,即具有更细纳米线的复合结构少子寿命更高,原因是强的场效应钝化在更细的纳米线上表现出来的钝化效果更强;根据光学特性的研究,具有更长（同时也更细）纳米线的复合结构光学反射更低,这主要来自纳微米结构和SiN_x:H薄膜互补的减反。根据这种光电最优性能的同时实现,我们设计了n型大面积单晶硅基纳微米复合结构太阳电池,并基于实验中得到的光电性能参数,模拟了这种结构的太阳电池性能。结果显示,最高的转换效率可以达到21.04%。该研究将为大面积高效纳米结构太阳电池研究打开了广阔的空间。其次,我们通过对正面硅基纳微米复合结构发射极和电池背面同时实施SiO₂/SiN_x叠层钝化,成功制备了156×156 mm²标准尺寸、效率为20.0%硅基纳微米复合结构单晶硅太阳电池。这一高转换效率得益于太阳电池的优异宽光谱响应。对电池正面和背面光电性能的研究发现,优异的宽光谱响应来自于叠层钝化的硅基纳微米复合结构发射极良好短波光谱响应和叠层钝化背面的优异长波光谱响应。基于在短波和长波段光谱响应的改善,我们获得了20.0%的高转换效率、0.653V的高开路电压和39.0 mA/cm²的大短路电流密度。这种基于丝网印刷的高效太阳电池在大规模商业应用方面显示出广阔前景。最后,我们采用一步法银辅助化学刻蚀技术,生长了表面形貌光滑的多晶硅基纳微米复合结构,并在大面积的156×156 mm²多晶硅片上,制备出了最高效率为17.63%的多晶硅基纳微米结构太阳电池,超越了常规酸制绒多晶太阳电池17.45%的效率。硅基纳微米结构太阳电池的光电性能研究结果表明:光学增益方面,硅基纳微米复合结构和SiN_x薄膜的联合减反射使得电池具有更好的光学性能;电学损失控制方面,通过一步法对形貌的光滑（消除多孔硅）和形貌的优化（采用更短的纳米结构）,从而将器件的表面、俄歇和Shockley-Read-Hall复合损失控制到最低。光学增益和电学复合损失两者之间的精细平衡是实现超越常规电池效率的关键。一步法MACE大面积多晶硅基纳微米复合结构太阳电池的成功将会大大推进纳米结构在多晶硅太阳电池上的产业化应用。