β-FeSi₂是一种优良的环境友好型半导体材料,在室温时带隙宽度为0.83eV-0.87eV,光吸收系数很大,对红外光的吸收能力很强,其理论的光电转换效率为16%-23%,仅次于晶体硅,并且该材料成本低,化学稳定性高。近年来,随着微电子器件的发展,基于β-FeSi₂薄膜的电子器件研究在迅速发展,如在热电、太阳能电池、近红外探测等领域。本文利用磁控溅射技术对β-FeSi₂薄膜和基于β-FeSi₂薄膜的电池制备及性能进行了探索。具体内容如下:1.系统地研究了退火温度、退火时间和Fe膜厚度对β-FeSi₂薄膜形成的影响。通过XRD分析发现:制备β-FeSi₂薄膜的最佳退火温度是880℃。溅射Fe膜厚度80nm-130nm,在880℃15小时到22小时条件下退火均可以制备出β-FeSi₂材料。测试结果表明:在880℃18小时以及880℃22小时条件下退火制备的β-FeSi₂有较好的半导体性质。制备的β-FeSi₂是直接带隙半导体,其带隙值是0.85eV。2.在硅衬底上制备β-FeSi₂/Si异质结构和Si/β-FeSi₂/Si双异质结构,对其光学和电学性质进行了分析。测试结果表明:β-FeSi₂薄膜厚度较大时,异质结的光吸收率就会下降;β-FeSi₂/Si的导电类型为P型,Si/β-FeSi₂/Si的导电类型为N型。3.研究了β-FeSi₂薄膜吸收层厚度与太阳光波长的关系,采用AMPS-1D软件对β-FeSi₂薄膜电池的伏安特性进行了模拟。通过研究β-FeSi₂薄膜吸收层厚度与太阳光波长的关系,得到了相应的计算公式以及β-FeSi₂薄膜吸收层最佳厚度是200nm到250nm。对于β-FeSi₂/Si电池模拟结果表明,硅衬底厚度为1μm时,β-FeSi₂薄膜电池的效率可以达到10%以上。随着硅衬底厚度的增加,电池的光电转换效率下降。硅衬底厚度为200μm或500μm时,电池的光电转换效率小于0.1%。在相同的硅衬底厚度和半导体材料掺杂浓度下,且β-FeSi₂薄膜厚度为100nm-500nm时,β-FeSi₂薄膜厚度的增加有利于光电转换效率的增加,但是增加的幅度呈下降趋势。在半导体材料掺杂浓度相同时,硅衬底较薄的电池有较高的光电转换效率。对于Si/β-FeSi₂/Si电池模拟结果表明,掺杂浓度（1016-1019cm-3）对光电转换效率几乎没有影响,其光电转换效率最高可以达到24.7%,硅膜的厚度在20nm到200μm范围内变化时其对光电转换效率的影响小于1%。模拟结果表明,制备太阳能电池时,β-FeSi₂薄膜厚度最佳值为300nm。4.制备了基于β-FeSi₂薄膜的β-FeSi₂/Si和Si/β-FeSi₂/Si太阳能电池,并掺Mn和B来改变β-FeSi₂的载流子浓度和导电类型,分别采用磁控溅射设备和丝网印刷设备来制备欧姆电极。通过实验得到了利用磁控溅射制备Ag上电极和Al下电极的适宜退火条件分别是650℃15分钟和450℃20分钟。实验证实,在Si/β-FeSi₂/Si电池中,硅膜厚度在25nm到300nm变化时其对电池的光电转换效率的影响很小,在25nm-300nm内硅膜厚度对电池光电转换效率的影响与模拟结果相符,考虑到热处理过程的影响,硅膜的厚度值通常取100nm。通过掺Mn和B,β-FeSi₂电池的伏安特性有明显改善,光电转换效率有明显提高。5.制备出了β-FeSi₂/Si结构电池和Si/β-FeSi₂/Si结构电池,测试了其伏安特性。在β-FeSi₂/Si结构电池中获得的性能参数为:最大开路电压Voc=0.38V,最大短路电流Isc=0.9mA,最大光电转换效率η=0.0066%,最大填充因子FF=61%;在Si/β-FeSi₂/Si结构电池中获得的性能参数为:最大开路电压Voc=0.4V,最大短路电流Isc=0.754mA,最大光电转换效率η=0.0076%,最大填充因子FF=61%。