进入21世纪以来，世界各国的高度重视太阳能电池的开发与利用以缓解全球性的能源危机与日益恶化的生态环境问题。铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池具有低造价、高性能、少污染、衰减慢等性能，是最有前景的一种太阳能电池。很多研究机构为了进一步提高电池性能，针对各层薄膜性能和制备工艺都做过详细的研究，但是CIGS太阳能电池效率在近10年内一直没有取得重大突破，一直徘徊在20％左右，距离接近30％的理论效率还有一定差距。不能完全清楚认识和理解主吸收层CIGS薄膜的性能成为进一步提高电池效率的障碍。本文研究了很少被研究过的CIGS薄膜性能--薄膜的结晶取向生长机理与不同结晶取向对电池性能的影响。　　 首先，作者系统研究分析了采用多元共蒸发三阶段法沉积的43个多晶CIGS薄膜样品的性能，发现大部分CIGS薄膜主要结晶面为极性的（112），而不是非极性的（220/204）的电中性表面。并比较了其中21个CIGS薄膜样品作为主吸收层的太阳能电池性能，发现择优取向为非极性（220/204）的CIGS薄膜作为吸收层的器件效率高。　　 然后，调查研究了影响CIGS薄膜结晶取向的因素。多元共蒸发三阶段法沉积多晶CIGS薄膜第一阶段中Se的流量比（Se/[Ga+In]）与不同温度（In，Ga）2Se3薄膜性能以及薄膜中Na与Cu的含量都影响CIGS薄膜的结晶取向。最后发现衬底的取向对CIGS薄膜结晶取向是决定性的影响。　　 最后，作者通过两种不同的实验研究证实这两种现象，并通过实验二详细研究了不同结晶取向CIS薄膜的生长机理和解释了不同结晶取向CIS薄膜表面出现的现象。实验一、在（002）与（110）方向Mo箔衬底上采用多元共蒸发三阶段法沉积多晶CIGS薄膜，并制备成电池。研究证实在两种方向Mo箔上生长的CIGS薄膜结晶都易于沿着[112]方向并且（110）Mo箔上生长的（220/204）取向CIGS薄膜作为吸收层电池性能较好。实验二、为进一步研究薄膜结晶取向，由于机械剖光较难控制Mo箔取向并避免Ga的影响，作者采用金属溅射与硒蒸镀混合的方法分别在三个不同取向（111）、（110）与（001）GaAs衬底上外延生长CIS薄膜。研究得出CIS薄膜与GaAs衬底主要外延关系：（112）cis//（111）GaAs，（002）cis//（001）GaAs，（220/204）cis//（110）GaAs：CIS薄膜表面的小平面化效应作用增加了非极性（220/204）CIS薄膜表面转化成极性的（112）小平面趋势，证实了CIS薄膜结晶易于沿着极性的[112]方向；分子价键结构理论分析了（112）A小平面小而光滑，（112）B小平面大但粗糙的现象；CIS（112）与GaAs（111）的对称性与晶格失配最小化作用解释了GaAs（111）A与B衬底上CIS薄膜表面金字塔岛屿形状的差异，A类型表面上金字塔岛屿稀疏并且方向一致，而B类型表面上金字塔岛屿出现相互旋转180°或者±60°的双晶缺陷；生成能pn<