随着化石能源的日益枯竭及环境污染的不断加重，太阳能作为清洁可再生能源，对其开发及利用受到极大的推崇。太阳能电池是利用太阳能的主要途径，其中，薄膜太阳能电池具有节省原材料、成本低廉等优点，得到了极大的发展。但目前仍未找到吸收性能好、带隙可调的叠层太阳能电池吸收层材料。因此，研究开发新型吸收层材料对薄膜太阳能电池的发展具有非常重要的意义。将C掺入Ge晶格中形成Ge1-xCx薄膜可使晶格常数减小、禁带宽度增大，同时保持高的太阳光吸收效率，兼具带隙可调等特点。因此，Ge1-xCx薄膜是很有发展前景的叠层太阳能电池光吸收层材料。本文主要研究在石英玻璃和硅衬底上通过反应射频磁控溅射法在Ge靶和CH4气氛下和磁控共溅射法在Ge靶和C靶下制备Ge1-xCx薄膜的制备工艺和性能，采用通用的测试手段对Ge1-xCx薄膜的沉积速率、成分、结构、带隙和电学性质进行分析，并通过第一性原理计算了闪锌矿结构GeC的表面特性和B掺杂特性。本文的主要研究内容及结果如下：通过反应磁控溅射工艺制备非晶Ge1-xCx薄膜，揭示了射频功率、衬底温度和气体流量比等主要工艺参数对薄膜沉积速率、光学性质和键结构的影响规律。在实验条件范围内，薄膜的沉积速率随射频功率和甲烷气体流量比的增加而增大，随着氢气流量比和衬底温度的升高而减小。光学带隙主要受薄膜成分和键结构影响，随着射频功率和衬底温度的升高而减小，随着甲烷气体流量比的增加而增大，随着氢气流量比的增加先减小后有微小增大。XPS分析表明，高的射频功率和氢气流量比、低的衬底温度和甲烷气体流量比，有利于薄膜中Ge-C键的形成。通过XRD分析得到在本实验条件下反应磁控溅射制备的Ge1-xCx薄膜主要为非晶态结构。所制备的Ge1-xCx薄膜经500℃退火后仍未有明显的晶化。在较低C含量下随着退火温度升高带隙减小，而在较高C含量下带隙变化不大。此外，薄膜中的Ge-H键和C-H键分别在300℃和400℃时开始分裂，两者的断裂均导致薄膜无序度的增加。最后，对所制备的非晶Ge1-xCx薄膜进行了性能评估，发现其具有高的吸收系数、宽范围的带隙变化以及好的表面电极接触特性，可以作为叠层太阳能电池的光吸收层材料。采用锗靶和石墨靶的磁控共溅射工艺制备出微晶Ge1-xCx薄膜，揭示了衬底温度和氢气流量对薄膜沉积速率、光学性质、键结构和晶体结构的影响规律。在实验条件范围内，Ge1-xCx薄膜的沉积速率随衬底温度和氢气流量增加基本保持不变。薄膜的光学带隙随着氢气流量的增加基本保持不变，但随着衬底温度的升高而减小。通过对薄膜晶体结构进行分析，发现高的氢气流量有利于薄膜晶体生长，并且对石墨相具有刻蚀作用，有利于薄膜中Ge-C键的形成，从而促进薄膜形成微晶Ge1-xCx薄膜。高的衬底温度虽有利于薄膜结晶，但薄膜中的Ge-C键含量较小，说明Ge与C出现分相。对磁控共溅射和反应磁控溅射两种不同的工艺制备的Ge1-xCx薄膜进行了对比研究，发现在相同的C含量下，共溅射制备的非晶Ge1-xCx薄膜致密，具有较高的光学带隙和折射率，薄膜中的Ge-C键含量较高，但是沉积速率远小于反应磁控溅射制备的薄膜。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对闪锌矿结构GeC的结构参数、力学性质以及电子结构进行了研究。计算得到的结构参数与实验值和理论值相吻合，表明本文所采用的模型和计算方法是可靠的。研究了闪锌矿结构GeC(001)面的表面弛豫、表面能、表面热稳定性及电子结构。当两种终止面弛豫后，C原子均向体内移动，Ge原子均向体外移动，表现出振荡弛豫现象；Ge-终止面的GeC表面表现出金属特性，而C-终止面则表现为P型半导体特性，其带隙大小为0.6eV。此外，闪锌矿结构GeC(001)面的平均表面能为3.91J/m2，并且Ge-终止面表面结构比C-终止面表面结构更稳定。系统研究了不同浓度B掺杂GeC的特性，揭示了B掺杂浓度对GeC电子结构和光学性质的影响规律。计算结果发现：B原子置换C原子掺杂GeC，其带隙类型从间接跃迁带隙变为直接跃迁带隙，并且掺杂后GeC材料的介电常数明显增大，光吸收边在红外波段（0-2eV）出现了一个新的吸收峰。此外，计算得到的光学特性出现了红移现象。