三元合金InGaN材料的禁带宽度可从InN的0.7eV到GaN的3.4eV范围内连续可调，这个能量范围与太阳光谱几乎完美匹配。理论上可以利用不同In组分的InGaN合金异质结构，设计一个多结太阳能电池，实现在同一个外延系统下满足高效的太阳能电池的需要。但相对于传统的GaInP和Si光伏电池，InGaN光伏电池在材料生长和器件的研制还存在许多问题。本论文中采用MOCVD方法进行InGaN材料的外延生长，研究其生长和结构特性，并分别制作了p-GaN/i-InGaN/n-GaN和InGaN/GaN多量子阱结构的电池，对其性能进行测试分析，最后研究了极化效应对InGaN基光伏电池的影响，所取得的主要研究成果如下:　　(1)在InGaN材料外延生长的研究过程中，结合X射线衍射(XRD)以及原子力显微镜(AFM)等测试方法，研究了不同生长温度、反应室压力、NH3流量等对MOCVD外延生长InGaN材料质量的影响。研究发现，降低生长温度，增加反应室压强和增加NH3流量都会导致In组分的增加，同时导致InGaN晶体质量下降。通过控制生长条件，得到了厚度为150nm的高质量的In0.14Ga0.86N材料，XRD(002)面摇摆曲线半宽只有180arcsec。　　(2)研究了采用In滴催化的GaN(InGaN)纳米材料的生长。结合扫描电子显微镜(SEM)和光致发光(PL)，研究了不同生长温度和生长时间对纳米结构表面形貌的影响。研究表明，GaN(InGaN)纳米柱只是在有In滴的区域生长，随着生长的进行，In滴会逐渐并入纳米柱结构中形成InGaN。　　(3)研究了InGaN吸收层厚度和位错密度对电池性能的影响，并计算了电池的收集效率与吸收层厚度的关系。结果表明，虽然InGaN薄膜厚度的增加能增加光吸收，但是材料的位错密度随着厚度的增加急剧增加，因此电池的外量子效率降低;电池的收集效率随着厚度的增加是减小的趋势，在少子寿命短的情况下，收集效率随厚度的增加降低得非常快。因此，提高晶体质量是提高InGaN太阳电池外量子效率和收集效率非常重要的途径。　　(4)研究了不同p-GaN厚度对电池性能的影响。当没有p-GaN层的时候，电池的外量子效率基本上为零，因此肖特基结构不适于光伏电池;另外，虽然p-GaN厚度较小时(50nm)，太阳能电池在短波长方向的外量子效率比p-GaN厚度大时(150nm)的外量子效率要高。这主要是由于短波长光的透入深度小，耗尽区的光生载流子基本全能被外电路所收集。但是，由于太阳光谱在短波方向强度很小，另外由于p-GaN较厚的样品漏电流比较小，导致厚P型层样品的峰值外量子效率相对较高，从而使得电池的转换效率高。　　(5)研究了有源区上方含有低温GaN插入层(LT-GaN)对太阳电池材料质量和器件性能的影响，研究发现，在外延生长的过程中，含有LT-GaN插入层的电池结构能有效地保护InGaN吸收层不受高温生长的P-GaN的影响，减小了InGaN材料的弛豫度，除此之外，LT-GaN层可以阻止InGaN层中的穿透位错向上延伸至p-GaN层，减小了p-GaN的位错密度，降低了光生载流子的复合几率，提高了电池的外量子效率和转换效率。　　(6)在InGaN/GaN多量子阱太阳电池中，研究了不同量子阱结构，包括垒层厚度和量子阱数目对电池性能的影响。研究发现，当垒厚从15nm减少至7.5nm的时候，InGaN量子阱区的外量子效率明显增加，这主要是由于垒厚变薄，载流子的隧穿效应变明显导致的;当垒层继续减薄至3.75nm时，电池的外量子效率在长波方向急剧变小，这主要是由于p-GaN晶体质量变差导致耗尽区会局域在p-GaN这一侧，量子阱区耗尽层宽度减小，P区耗尽层宽度增加，使得响应非常低。当增加量子阱数目的时候，应力积累达到一定程度以后InGaN材料会弛豫，导致不同部位的量子阱中由于应力状态的不同，存在明显的In组分分层现象，使得量子阱数目超过30之后电池的外量子效率反而降低。　　(7)研究了极化效应对InGaN太阳电池性能的的影响。极化效应在InGaN基太阳电池中是不可避免的，它会产生一个极化电场，减弱载流子的分离，从而降低转换效率。在p-GaN/i-InGaN/n-GaN太阳电池中，提高p-GaN掺杂浓度能在一定程度上减弱极化效应带来的负面影响。而相对于p-i-n电池来说，InGaN/GaN多量子阱电池对极化没那么敏感，主要原因是阱层中和垒层中极化电场方向相反，可以在一定程度上相互可以抵消。