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自十九世纪产业革命以来，能源始终都是人类文明进步与人类社会工业化的基础。煤、石油和天然气等是目前人类社会赖以生存的能源基础。然而，这些化石燃料在地球上的储量有限，同时出于对环境与可持续发展的关注，寻找新的清洁能源已成为世界各国关注且必须面对的问题。 在众多清洁能源中，相比于风能、核能等，太阳能被认为是一种真正的取之不尽和用之不竭且不受环境影响的绿色环保能源。而太阳能的直接利用，就是通过光伏效应，将其转化为日常生活中最常用的电能。 在过去大半个世纪中，各种形式的太阳能电池的光电转化效率都有了大幅提高。其中，硅太阳能电池，基于其原材料的丰富和与传统微电子兼容的生产工艺，成为了使用最为广泛的太阳能电池。然而，受限于硅材料本身以及单结电池的Shockley-Queisser极限效率，单结硅电池在太阳光谱的紫外与红外区域均损失大量能量。近年来，随着纳米科学技术的发展，各种具有优异光伏性质的纳米结构材料逐渐进入人们的视线，是实现高效率、低成本、长寿命、高稳定性的一条极有希望的途径。 叠层太阳能电池被认为是最有希望实现高效的途径之一。叠层太阳能电池通过不同的子电池吸收不同波段的光以实现全光谱吸收。现在的叠层太阳能电池主要材料为可实现带隙调控的Ⅲ-Ⅴ族材料。但为了降低成本，硅叠层太阳能电池受到越来越多关注。而硅量子点，由于量子限制作用，可以实现带隙大小的改变，成为硅叠层电池中子电池材料的选择。 本文围绕纳米硅量子点电池的材料开展研究。为实现电池的高效，首先纳米硅需要有可控的大小。其次，其光吸收系数需要足够大。最后，需要薄膜的载流子输运能力强。本文生长了多种不同材料、不同结构的纳米硅薄膜，并通过对其结构、光学与电学性质的研究，得到了一些适合于全硅太阳能叠层电池的材料，为全硅太阳能叠层电池的实现，打下了良好的材料基础。 通过磁控溅射方法，在不同生长条件下制备了多个Si/SiO2多层纳米结构薄膜。通过对其结构以及光电特性研究，确定了最佳生长温度为400℃，最佳退火温度为1100℃。并且通过改变生长时间可以控制每层厚度从而控制量子点大小。 在蓝宝石衬底上制备纳米硅/SiO2多层结构的Micro-Raman谱中观察到反常的纳米硅Raman峰蓝移现象，表明纳米硅中压应力效应超过了尺寸限制效应。进一步研究表明，不同的衬底材料对薄膜材料的应力类型影响显著，并且改变生长温度能够改变应力大小。这种通过衬底材料与生长温度调控纳米硅薄膜中应力类型以及应力大小的方法为纳米硅的能带工程提供了新的思路。 生长了多种富硅量与不同介质层厚度的SiNx/Si3N4多层结构，并创新性地提出利用SiNx/SiOy结构作为纳米硅子电池材料。论文系统地分析了不同结构中富硅量与厚度带来的影响。研究表明，在优化后的SiNx/SiOv结构中，虽然每层都有纳米硅，但层内纳米硅保持较好的独立性，层间无互混现象，量子点大小可有效调控。并且这种结构由于有较多的量子点，对紫外光吸收有较大提高。 论文系统分析了不同条件下各种多层结构的输运能力。研究表明，多层结构内主要输运方式为F-P发射。通过减小介质层厚度、改变介质层材料、增加富硅量等条件均可有效加强多层结构的输运能力。而对于SiNx/SiOy多层结构，增加富硅量可有效提高电流，但富硅量过高可能导致层间纳米硅互混，因此富硅量需要优化。相比于传统的相同富硅量的SiNx/Si3N4结构，SiNx/SiOv新型多层结构在1V时电流密度可以提高2个量级，在4V时可以提高5个量级，因而证实了其作为全硅纳米硅太阳能电池候选材料的可行性。 在共溅射B的SiNx/SiOy多层结构材料的基础上，论文尝试制备了P-nc Si/Nc-Si的原型异质结电池。电池开路电压达到604mV，接近HIT电池;短路电流密度约22mA/cm2（短路电流为2.2mA），填充因子23.1％，电池效率3.07％。