硫化锑（Sb₂S₃）薄膜具有n型和p型两种导电类型。利用wxAMPS对具有不同电子传输层和空穴传输层的Sb₂S₃同质结太阳电池进行了设计和缺陷分析。提出了由glass/FTO/ZnS/（n）Sb₂S₃/（p）Sb₂S₃/Spiro-OMeTAD/Au构成的器件结构。在Sb₂S₃同质结太阳电池中形成的内建电场增加了能带的弯曲程度，从而导致了开路电压的增加。（p）Sb₂S₃中缺陷对器件性能的影响比（n）Sb₂S₃中的缺陷对器件性能的影响更大，而在ZnS/（n）Sb₂S₃界面和（p）Sb₂S₃/Spiro-OMeTAD界面处的缺陷对器件性能有同样重要的影响。当（n）Sb₂S₃和（p）Sb₂S₃中的缺陷密度都为10¹⁵ cm^-3，且ZnS/（n）Sb₂S₃界面处和（p）Sb₂S₃/Spiro-OMeTAD界面处的缺陷密度都为10⁹ cm^-2时，太阳电池的效率能够达到23.96%。模拟结果表明，基于Sb₂S₃同质结的器件设计是实现高效太阳电池的有效结构。

碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池凭借制备成本低、温度系数低和弱光性能优异等优势已成为目前最具潜力的薄膜太阳电池之一，且已进入产业化快速发展阶段。尤其在光伏建筑一体化领域，显示出良好的发展趋势。就近年来CdTe薄膜太阳电池基础研究和产业化技术所取得重大突破进展及产业化现状进行了概述，系统介绍了CdTe薄膜太阳电池的基本结构和工作原理，总结了近几年来国内外科研机构对各功能层的研究内容及最新进展，最后展望了CdTe电池的发展趋势和应用前景。

为解决硫化过程中Sn元素损失的问题以及减少MoS2的厚度，采用磁控溅射技术，在基于钼的钠钙玻璃衬底上采用双周期溅射的方法，以ZnO/SnO2/Cu的顺序制备了含氧的Cu-Zn-Sn预制层。结果表明：SnO2以及ZnO的使用很好的抑制了Sn元素的损失以及MoS2层的形成，而且在590 ℃的硫化温度下能制备出表面平整、晶粒致密、晶体结构较好的单相Cu2ZnSnS4 (CZTS)吸收层薄膜。最后，制备出结构完整的CZTS薄膜太阳电池，在590 ℃硫化制备的CZTS薄膜太阳电池效率最高，其开路电压为590 mV，短路电流密度为22.09 mA/cm2，填充因子为39.28%，光电转换效率达到5.12%，为今后制备高效CZTS薄膜太阳电池起到了推动作用。

本文提出了一种在晶硅薄膜太阳能电池Si层中嵌入金属纳米颗粒的结构, 通过控制金属纳米颗粒的形状、材料以及间距等因素, 利用金属纳米颗粒表面激发出的局域表面等离激元共振效应(LSPR)提高晶硅薄膜太阳能电池对光的吸收。使用微纳光学仿真软件(FDTD)对不同条件下的Si层吸收率以及光生电子密度分布进行了仿真研究。研究发现, 相较于未嵌入纳米颗粒的薄膜太阳能电池, 当嵌入球形Ag纳米颗粒时, Si层吸收率在0.8~1.1μm波段范围内有显著的提高, 整体吸收率比未嵌入纳米颗粒Si层吸收率提高了23.1%, 光生电子密度在纳米颗粒周围显著升高。嵌入Ag、Au、Cu、Al四种纳米颗粒的情况下, 在0.45~1.1μm波段范围内, 吸收率曲线均出现波动, 且嵌入Al纳米颗粒时可以激发出更宽波段范围内的吸收峰, 当Al纳米颗粒存在时Si层的光生电子密度整体分布最好。在对两个Al纳米颗粒间距T为0.1μm、0.15μm和0.2μm三种情况的分析中, 当波段在0.45~0.75μm波段范围内时, T为0.1μm时吸收率表现较好; 而在0.9μm和1.0μm波段附近T=0.15μm时会激发出更宽的吸收峰, 且高于T为0.1μm和0.2μm时的吸收率, Si层上部区域整体光生电子密度更高。

为了分析混合光栅对硅薄膜太阳能电池光吸收的影响, 在硅层厚度等效一致的条件下, 设计了单一形状、同向和异向混合形状光栅单晶硅太阳能电池结构.利用时域有限差分法分别优化计算了各种混合光栅的最佳尺寸、光生电流密度和光吸收效率, 发现异向混合结构的Ag光栅比其他结构具有更好的光吸收能力.通过电磁场强度分布图分析了混合光栅结构的吸收增强机理, 并针对异向混合光栅, 计算了不同光栅数量组成结构的光生电流密度.同时, 利用光吸收增强因子定量分析得出一个三角凸型和一个抛物线凹槽是异向混合光栅最佳数量组合.有规律地改变这种混合光栅的宽度比和高度比, 计算光生电流密度.结果发现当宽度比为1∶1, 高度比在一个小范围内（0.67 ~ 1.86)波动时, 这种异向混合结构比平板太阳能电池的光生电流密度提高了62.9%.研究结果可为薄膜太阳能电池的结构和参数设计提供参考.

采用低压化学气相沉积方法在玻璃衬底上制备了B掺杂的ZnO(BZO)薄膜, 通过氢退火对BZO进行处理, 然后作为前电极进行了非晶硅薄膜太阳能电池的制备及性能研究。结果表明: 在氢气气氛下退火后, BZO薄膜的载流子浓度基本无变化, 但Hall迁移率显著提高, 这使得BZO薄膜的导电能力提高; 当采用厚度较小、透光率较高的BZO薄膜进行氢退火后作为前电极结构时, 非晶硅薄膜太阳能电池的短路电流密度提高0.3~0.4 mA/cm2, 电池的转化效率提高0.2%。实验结果可为通过优化前电极结构来提高非晶硅薄膜太阳能电池转化效率提供一种简易的方法。

采用磁控溅射方法, 在多晶硅薄膜太阳电池表面沉积了不同粒径大小的Au纳米粒子, 利用粒径大小可调控的Au纳米粒子的局域表面等离激元共振增强效应(LSPR), 对入射光中的可见光区域实现“光俘获”; 采用UVvis吸收光谱对LSPR进行了研究, 结果表明, LSPR能够有效拓展Au纳米粒子的光谱响应范围(400~800nm), 并且, 随着Au纳米粒子粒径的增大, LSPR共振吸收峰呈现出明显“红移”; 同时, 通过SERS表征, 证实LSPR能够有效增强Au纳米粒子周围的局域电磁场强度; 最后, 多晶硅太阳电池的JV特性曲线表明, 当Au纳米粒子溅射时间为50s时, 多晶硅太阳电池光电转换效率(η)最高为14.8%, 比未修饰Au纳米粒子的电池η提高了42.3%。

为了提高顶入射有机薄膜太阳能电池(TOSCs)的光吸收效率, 我们将周期性矩形光栅结构引入到TOSCs中, 分析了具有光栅结构的空气/Ag1/有源层/Ag2/空气(IMIMI)结构理想模型中复合表面等离子激元(SPPs)与微腔模式的耦合机制。通过调节光栅周期和有源层厚度, 实现了复合SPPs、微腔模式以及有机材料本征吸收3个区域的重合。由于复合SPPs与微腔模式的反交叉耦合作用形成了表面等离子体-微腔激元, 其局域场增强作用有效地提高了有源层的光吸收效率, 提高了近19%。

非晶硅薄膜太阳能电池主要采用掺氟氧化锡(FTO)导电玻璃作为基板, 但FTO薄膜雾度较低、表面形貌无法优化, 导致无法得到较优的陷光结构, 从而限制了太阳能电池的转换效率。为了进一步提升太阳能电池的转换效率, 探讨了替代型的掺铝氧化锌(AZO)薄膜, 通过优化前段磁控溅射镀膜工艺和后段湿化学蚀刻工艺, 用以平衡AZO薄膜的光电性能和雾度, 从而获得具有理想表面形貌的AZO导电玻璃, 使其成为理想的非晶硅薄膜太阳能电池的基板材料。实验表明, 经工艺优化后制作的AZO导电玻璃可提升光电转换效率。