太阳能电池是一种将光能转化为电能的光电器件,提高器件的光学性能和电学性能是太阳能电池研究的主要目标。本论文着重对硅基太阳能电池及组件光学性能的优化方案和表征技术进行探讨。首先对电池及组件的光学性能进行优化设计,从而减少光能的损失。主要针对硅片表面金字塔型的绒面结构、氮化硅减反射薄膜、组件封装材料及其表面的减反射方案进行讨论。并提出了一种可以快速对大面积硅基太阳能电池及组件光学性能进行检测的方案,从而解决了目前无法快速对大面积硅片反射率进行表征的难题。本文首先对硅片表面绒面结构的光学路径建立数学分析模型,得出金字塔型绒面结构最多存在七种光线路径,包括有1种两次反射的光线路径,3种三次反射的光线路径,2种四次反射光线路径和1种五次反射的光线路径。每种光线路径的反射率主要由反射次数决定,反射次数越多,光线路径的反射率越低。同时,入射角与入射光线的偏振方向也会影响着光线路径的反射率。入射角越大,反射率越高;入射角越接近布儒斯特角,p偏振光的反射率越低。通过对各个结构中七种光线路径的占比分析,得出随机倒金字塔结构和规则倒金字塔结构的光学性能几乎相同,优于随机正金字塔结构。规则正金字塔的光学性能最差。为了进一步分析随机倒金字塔结构的光学性能,提出了重叠倒金字塔结构模型并对其进行细致的分析。最后基于重叠倒金字塔结构的分析结果提出了新型的链式倒金字塔结构,分析结果表明链式倒金字塔结构具有更加优异的光学性能,且四次反射路径的占比高达10.33%。并在实验上通过铜金属催化法在金刚线切割硅片表面成功制备出链式倒金字塔结构,实验结果表明链式倒金字塔结构具有比随机倒金字塔结构更加优异的光学性能。对硅基太阳能组件而言,主要存在有五种光学损失。基于七种光线路径及一次反射的光线路径对组件中各部分的光学损失进行分析,分析结果表明玻璃与空气交界面在各种光学路径下都存在有4%的光学损失,对于两次反射路径而言,从太阳能电池表面再次逃逸的光学损失达到1.15%。因此为了提高硅基太阳能组件的光学性能,对硅基太阳能电池和组件中各层材料进行了系统的优化分析。在考虑封装材料条件下对太阳能电池上表面的氮化硅减反射膜进行优化分析,结果表明相比于仅考虑电池的光学优化结果,氮化硅的折射率应从2.0调整到2.4,同时氮化硅薄膜厚度也需相应调整。对封装材料的分析结果表明任意折射率的封装材料都会带来电池到组件的功率损失,且封装损失随着封装材料折射率的增加而增加。为了降低封装玻璃和空气交界面的光学损失,分别对镀膜玻璃、压花玻璃和镀膜压花玻璃的光学性能进行了细致的分析,分析结果表明镀膜玻璃在n=1.2,t=120 nm时,垂直透过率从平面玻璃的96%提升至99.25%,全向透过率从平面玻璃的93.26%提升至97.22%。但是当入射角大于60°时,镀膜玻璃的透过率和平面玻璃一样快速下降。压花玻璃的垂直透过率在倾斜角α大于30°时快速增加,当倾斜角α大于45°时,垂直透过率的增加逐渐变缓。压花玻璃的全向透过率随着倾斜角α的增加而增加,当α大于30°时,入射角在0°～90°范围内压花玻璃都具有较好的透过率,从而使得压花玻璃的全向透过率逐渐增加。为了获得最优的光学性能,本文提出了镀膜压花玻璃,分析结果表明镀膜压花玻璃同时具有镀膜玻璃和压花玻璃两者的减反射优势。在镀膜层n=1.2,t=120 nm,压花结构的倾斜角α=30°时,镀膜压花玻璃的垂直透过率达到99.15%,全向透过率达到99.17%。最后,基于硅基太阳电池及组件光学性能检测在生产中的重要性,为了解决针对大面积硅基太阳能电池及组件光学性能快速检测的难题,本文提出了一种新型的反射率测试方法及设备。通过将CCD光电探测器的分辨能力从常规的对波长的分辨改为对样品在空间位置上的分辨,从而能够快速的测量出样品表面每个点的反射率。根据测试原理,光源的光谱L(λ)需要和AM1.5标准太阳光光谱G(λ)与光电探测器响应度Q(λ)的商成正比关系。通过引入修正因子的方式可以适当降低对光源光谱的要求。通过对单晶制绒片的测试,验证了新型反射率测试仪具有和紫外可见分光光度计相比拟的测试准确性,明显优于商业用的D8积分式反射率测试仪。同时,新型反射率测量仪重复性误差值达到0.1%,远低于D8积分式反射率测试仪>1%的重复性误差值。此外,该设备还具有测试面积大、测试面积分辨率高、测试速度快等优势,有望用于硅基太阳能电池及组件的生产过中的在线式反射率测量及外观判定等,从而能够提高成品率,降低生产成本。