改良西门子法是多晶硅生产的主要方法, 而多晶硅还原炉是多晶硅制备的主要设备。针对传统多晶硅还原炉的流场、温度场和辐射场不均匀导致生产的多晶硅尺寸不规则的问题, 本文对还原炉的炉顶封头结构、出气口位置布局和硅棒底盘布局进行优化设计。利用Fluent软件Do辐射模块对多晶硅还原炉进行气-固辐射仿真分析, 对比优化前后的流场、温度场和辐射场的云图、流线图等, 结果表明: 上出气口排气设计能够有效提高炉内气体流动速度, 减少炉内气体回流, 增加气体流动均匀性, 有效解决炉内顶部产生的温度死区, 平衡炉内上下温度差; 椭圆形顶部封头优化了还原炉整体空间, 降低设计成本, 有效抑制圆形封头中气体旋涡的产生, 增加炉内气体流动均匀性; 采用平行圆周对称式硅棒增加整体辐射量, 优化了传统还原炉中外圈硅棒与中心硅棒辐射不均匀现象, 有效防止了不规则硅棒的产生, 提高了多晶硅的产量, 为多晶硅还原炉的结构设计提供一个新的方案。

本文主要对低压化学气相沉积(LPCVD)法制备N型高效晶硅隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池工艺进行研究。分析LPCVD法制备隧穿氧化层及多晶硅层的影响因素，研究了不同氧化层厚度、多晶硅厚度及多晶硅层中P掺杂量对太阳能电池转换效率的影响。结果表明：当隧穿氧化层厚度在1.55 nm时，钝化效果最佳；多晶硅层厚度120 nm时Voc达到最高值；多晶硅层厚度在90 nm时Eff最高。当P掺杂量为3.0×1015 cm-2时可获得较高的Voc，原因是随着P掺杂量的增加，多晶硅层场钝化效果提高。

低温多晶硅-氧化物半导体混合集成 (Low temperature polycrystalline silicon and oxide, LTPO)的薄膜晶体管(thin-film transistor, TFT)背板技术融合了低温多晶硅和氧化物半导体TFT两者的优势, 为低功耗、高性能显示以及功能化集成提供了新的发展机遇, 获得了产业界和学术界的广泛关注。本文系统地总结和分析了LTPO相关技术与应用的研究进展以及面临的技术挑战。首先, 讨论了分别针对液晶显示(Liquid crystal display, LCD)和有机发光二极管(Organic light emitting diode, OLED)显示的LTPO背板的集成方式, 进一步总结分析了实现LTPO集成的器件结构和工艺挑战。此外, 针对有源矩阵OLED显示, 分析了LTPO技术用于设计兼容低帧率和高帧率驱动、具有内部补偿功能的像素电路的优势, 以及在超低帧率(如1 Hz)驱动情况下, TFT器件稳定性带来的影响和相关的补偿驱动方法。最后, 对LTPO技术进一步发展的可能趋势进行了展望 。

定向凝固法制备的多晶硅是目前主要的光伏原材料，制备过程中热场结构和硅熔体对流形态对于生长高质量的多晶硅极为重要，本文利用专业晶体生长软件CGSim 对制备太阳能级多晶硅用真空感应铸锭炉中的石墨坩埚进行改进并进行了数值模拟，分析了不同石墨坩埚厚度的变化对热场、流场、固液界面、硅晶体应力场以及和V/G值的影响。结果表明，当石墨坩埚厚度为20 mm，可获得良好的对流形态、平坦的固液界面、合理的V/G值等，有利于节约多晶硅的生产成本并提高多晶硅的品质，为生产实践中工艺方案优化及缺陷分析等提供重要的理论依据。

针对目前铸锭产品的品质效果缺乏有效及时的在线测试方法, 本文提出了多晶硅铸锭生产气体在线检测系统。该系统通过对铸锭生产过程中排出的工艺性尾气——氩气进行干泵取样、增压测试、实时分析等技术, 实现了在线式自动取样实时分析, 超限报警的功能, 可实时根据生产过程中炉腔内气氛的变化, 提早发现铸锭炉的故障和异常, 减少异常产品的出产率。通过后续电池数据的支撑, 可确定设备漏水和漏气的极限值,达到精细化调控硅锭质量、危险预警的效果, 为铸锭氩气回收系统做好预研的准备。

本文分析了双层SiNx-SiNx减反射膜和带有氧化层的三层SiNx-SiNx-SiO2减反射膜对多晶硅太阳电池性能的影响。模拟结果表明, 增加了氧化层的三层SiNx-SiNx-SiO2减反射膜多晶硅太阳电池电学输出特性优于双层SiNx-SiNx减反射膜多晶硅太阳电池。实验分析表明, 三层SiNx-SiNx-SiO2减反射膜反射率略 高于双层SiNx-SiNx减反射膜反射率, 增加了氧化层的三层SiNx-SiNx-SiO2减反射膜多晶硅太阳电池具有更好的钝化效果, 使得其光电转化效率有所增加。

通过调整斜角刮板刮印角度, 并匹配不同粘度和固含量银浆, 能够做到在降低成本的同时提高电池效率而又不影响电池片印刷质量。采用三种不同刮印角度斜角刮板,银浆选用杜邦PV18系列两种不同特性的银浆, 分析银浆耗量及电池电性能结果, 测试电池栅线高度、宽度、表面形貌及表面接触电阻以观察印刷效果。结果表明：随刮印角度的增加, 银浆耗量持续降低；适当提高银浆粘度和固含量能印刷出更大高宽比的栅线, 对短路电流和电池效率都能有一定的增益。使用PV18系列银浆时粘度和固含量为390 Pa.s/91.2 %、斜角刮板采用60°时刮印角度时设计电池转换效率最高、印刷效果最好且成本较低。

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%。

本文主要研究了搭桥晶粒（BG）多晶硅薄膜晶体管（TFT）在栅交流电应力下的退化行为和退化机制。在栅交流应力下，动态热载流子效应主导了器件的退化。器件退化只与栅脉冲下降沿有关。越快的下降沿带来越大的动态热载流子退化。比起普通多晶硅TFT，BG多晶硅TFT的热载流子退化大幅度减弱。通过选择性的掺杂注入BG线，沟道中形成的PN结在反向偏置时可以有效分担栅交流电应力带来的电压差，从而减弱动态热载子退化。辅以瞬态模拟结果，栅交流电应力下的退化机制被阐明。所有的测试结果都表明这种高性能高可靠性的BG多晶硅TFT在片上系统应用中具有很大的应用前景。

多晶硅在光电子器件领域具有较为重要的用途。 利用磁控溅射镀膜系统, 通过共溅射技术在玻璃衬底上制备了非晶硅铝（α-Si/Al）复合膜, 将Al原子团包覆在α-Si基质中, 膜中的Al含量可通过Al和Si的溅射功率比来调节。 复合膜于N2气氛中进行350 ℃, 10 min快速退火处理, 制备出了多晶硅薄膜。 利用X射线衍射仪、 拉曼光谱仪和紫外-可见光-近红外分光光度计对多晶硅薄膜的性能进行表征, 研究了Al含量对多晶硅薄膜性能的影响。 结果表明: 共溅射法制备的α-Si/Al复合膜在低温光热退火下晶化为晶粒分布均匀的多晶硅薄膜; 随着膜中Al含量逐渐增加, 多晶硅薄膜的晶化率、 晶粒尺寸逐渐增加, 带隙则逐渐降低; Al/Si溅射功率比为0.1时可获得纳米晶硅薄膜, Al/Si溅射功率比为0.3时得到晶化率较高的多晶硅薄膜, 通过Al含量的调节可实现多晶硅薄膜的晶化率、 晶粒尺寸及带隙的可控。