在21世纪，能源危机将成为全人类必须共同面对的世界难题之一。太阳能因其绿色环保和可持续发展而得到广泛关注。现有的太阳能电池主要以p-n结为基础，其表面的重掺杂区域具有很高的非平衡载流子复合几率，导致短波的光谱响应较差。而场效应太阳能电池利用场效应方式实现光伏效应，可改善电池的短波光谱响应。但目前场效应太阳能电池存在着工艺要求高和栅功耗等问题，导致其转换效率通常比p-n结太阳能电池要低。为此，本文围绕着MIS场效应太阳能电池的理论计算、器件工艺及其光电特性进行了系统的研究，主要工作内容包括:在理论上，计算出在理想情况下MIS场效应太阳能电池在工作状态下的表面特性和输出特性;在实验上，针对MIS场效应太阳能电池所涉及的结构设计、工艺流程和材料选择等进行探索，制备了几种采用不同栅介质材料的Si基MIS场效应太阳能电池，测试和分析了光电特性，并提出了降低场效应太阳能电池的工艺要求和栅功耗的方法。本论文的主要成果和创新点为:　　1.在理论上，本文根据泊松方程及电流连续性方程，采用Matlab数值方法，在不考虑MIS结构泄漏电流的理想情况下，计算出MIS场效应太阳能电池在工作状态下的表面特性和输出特性:表面的方块电阻随外加栅电压的增大而减小，而光照对其的影响可忽略不计;以p-Si/SiO2(100 nm)结构（无背场）为例，当栅电压设为+100 V时，随着Si衬底掺杂浓度从1012cm-3增大到1018 cm-3，短路电流密度由35.79 mA/cm2减小到26.99 mA/cm2，开路电压由0.466 V增大到0.719 V，填充因子由70.5％增大到78.2％，转换效率则先由12.2％增大到18.8％再减小到15.8％，当Si衬底掺杂浓度为1016cm-3时，转换效率达到最大值18.8％。　　2.在结构上，本文提出一种MIS场效应太阳能电池的上电极结构:将原先置于栅下的上电极与栅电极在电池表面错开排列，并首次制备出具有此结构的Si基MIS场效应太阳能电池。由于在上电极附近存在栅屏蔽效应，场效应太阳能电池通常采用纳米尺寸(nm)的上电极。而采用本文的上电极结构能够将上电极附近的栅屏蔽效应降低到最小，且将上电极的尺寸由纳米量级(nm)提高到微米量级(μm)，降低了场效应太阳能电池的工艺要求。　　3.在实验上，本文选用了Si02、HfO2和a-C:H分别作为栅介质来制备Si基MIS场效应太阳能电池，结果表明:MIS场效应太阳能电池在350～500 nm波段的IQE与p-n结太阳能电池提高约30.5％，具有更好的短波光谱响应;通过将SiO2的厚度由100nm减小到20 nm或采用相对介电常数为15.95的HfO2来代替SiO2的方法，均能将栅功耗减小到最大输出功率以下，最大转换效率分别为3.9％和6.4％，而采用相对介电常数为5.5的a-C:H材料代替SiO2栅获得的最大转换效率仅为2.6％，且随着栅电压增大而持续减小。因此，我们认为需进一步提高栅介质的介电常数，以降低栅功耗，能有效提高转换效率。　　4.在实验上，我们发现了采用透明电极的MIS结构在光照后的绝缘层泄漏电流显著增大，尤其是处于反型状态时产生明显的光电导。通过测试MIS结构在光照前后的变温I-V特性并进行线性拟合，本文研究了MIS场效应太阳能电池在光照前后的栅漏电机制变化，结果表明:(1)在无光照时，栅介质层载流子输运机制是以Schottky发射为主，栅泄漏电流与温度有很强的依赖关系，取决于金属-绝缘体和绝缘体-半导体这两个界面的势垒高度。对于Si/SiO2(20nm)的MIS结构:当外加正向栅电压时，Schottky发射的势垒高度约为0.32 eV，远小于SiO2/Si界面的势垒高度3.15 eV;当外加反向栅电压时，Schottky发射的势垒高度约为0.25 eV;(2)有光照时，栅介质层载流子输运机制是以空间电荷限制导电(SCLC)为主，栅泄漏电流基本不受温度影响，取决于栅介质的电子迁移率。SiO2的电子迁移率约为1.4×10-8 cm2·(V·s）-1。因此，我们认为通过提高栅介质的介电常数和晶体质量，以降低栅功耗，能有效提高转换效率。