黑硅薄膜是近年由哈佛大学EricMazur教授发明的一种新型的光电材料。黑硅在可见光至长波红外波段都具有无频谱特征的高吸收特性。黑硅制备的二极管在可见光波段具有比常规二极管的响应率高两个数量。采用黑硅制备光电器件，首先必须研究黑硅的输运特性和黑硅的红外吸收机制。这两个问题国际上尚无明确定论。针对这两个问题，本文开展四个方面的工作：　　1.搭建黑硅的制备系统，包括飞秒激光系统、光路系统和真空系统，摸索了制备黑硅的工艺条件，研究了激光通量、脉冲个数和气体压强与黑硅表面形貌的关系。并对制备好的黑硅进行了物性表征，包括SEM和SIMS，观测黑硅的表面形貌和掺杂的浓度分布。结果表明，制备的黑硅与文献报道的结果一致。该部分实验工作由复旦大学物理系支持完成。　　2.从理论上研究了硫深能级，以及超饱和硫掺杂形成的杂质带。通过数值方法计算了硫深能级中的双重能级系统的载流子浓度温度特性，深能级激发态对载流子浓度温度特性，结果表明在硫深能级中可以只考虑较浅的深能级，并不会引入大的误差。系统研究了硫的深能级形成的杂质带，包括禁带变窄效应，杂质电离能降低效应，和杂质带展宽效应等。建立了新的半经验杂质带态密度分布模型，采用数值方法计算了硫杂质带的态密度分布，并计算了载流子浓度温度特性，研究了杂质浓度对杂质带态密度分布的影响，杂质浓度对载流子浓度温度特性的影响。该半经验模型极大降低了计算量，并取得了合理的结果，适合于器件仿真。　　3.采用变温霍尔测试方法测量了黑硅样品的载流子浓度温度特性和迁移率温度特性。采用薄膜/衬底底双层结构的霍尔载流子浓度模型和霍尔迁移率模型，对测试数据进行拟合，得到超饱和硫重掺杂硅的载流子浓度温度特性和迁移率温度特性。载流子浓度温度特性与采用半经验杂质带模型计算结果吻合较好，该半经验杂质带模型解释了超饱和硫重掺杂硅的载流子温度特性随温度和杂质浓度的变化趋势。迁移率温度特性表明，硫超饱和掺杂硅的迁移率由两部分组成，一部分是导带自由电子电导，一部分是杂质带电导。　　4.采用红外光谱仪测试了黑硅样品的吸收特性。制备的黑硅在近红外波段和短波红外波段具有接近100％的吸收率，在中长波段具有大于60％的吸收率，且吸收率随波长增加缓慢下降。采用半经验杂质带态密度分布模型计算了硫杂质带在红外波段的吸收特性，重点计算了价带电子跃迁到杂质带、杂质带电子跃迁到导带的吸收系数。结果表明价带电子跃迁到杂质带在近红外波段有重要的吸收作用，但是随波长迅速衰减。在短波、中长波波段，杂质带电子跃迁到导带引起了巨大的吸收，且吸收系数随波长的增加而缓慢增大，与平面黑硅的测试结果的吸收光谱数量级和变化趋势吻合较好。研究了吸收与杂质浓度、温度的关系，在金属绝缘体转化临界点以下，吸收系数急剧下降，与实验结果吻合较好。研究结果表明黑硅作为杂质带太阳能电池的对提高转化效率的有一定的效果。吸收系数的计算结果还表明，超饱和硫重掺杂硅在甚长波、以及THz波段具有良好的吸收特性，有制备THz探测器的潜在可能性。　　通过采用理论和实验相结合的方法研究了黑硅的输运特性和光吸收特性，建立了新的半经验杂质带态密度分布模型，解释了超饱和硫重掺杂硅中形成的硫杂质带的对输运特性的影响，揭示了硫杂质带的红外波段吸收机制。研究结果表明黑硅对制备杂质带(impuritybandorintermediateband)太阳能电池具有一定作用。研究结果还表明，黑硅具有制备硅红外探测和THz探测器的潜力。