在经历了以晶硅电池为代表的第一代光伏技术和以薄膜电池为代表的第二代光伏技术之后，以多结GaAs电池为代表的第三代光伏技术——高倍聚光光伏技术，因具有光电转换效率高、光谱吸收范围宽、温度适应性好、衰减小、生产过程能耗低、土地利用率高、低成本潜力大等诸多优势，有可能成为光伏发电的主力，因此，从本世纪开始就是该领域的研究热点。针对目前高倍聚光模组存在的体积大、重量重、效率低、需要专用散热器、温度适应性差、成本高等问题，提出了密集矩阵高倍聚光模组，并紧密结合实际工程化应用，采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的手段，对影响模组发电效率及应用长期稳定性的几个关键问题开展了研究，包括分布式模组散热理论与技术、高倍聚光菲涅尔透镜及二次聚光光学系统设计问题，获得了以下研究成果:　　1、研制出国内首款密集矩阵高倍聚光光伏模组。采用密集矩阵分布散热方式，实现了聚光模组在无散热器条件下的自然对流散热。通过热分析软件模拟计算太阳能电池面积、封装结构和材料等主要参数，确定了电池封装以及密集矩阵式热源分布形式，模拟与实验研究结果显示，极限环境温度50℃时，电池芯片温度不超过106℃，确保电池长寿命、高效率、高可靠性工作，并省去了传统高倍聚光模组的专用散热器，有效降低了成本。结合所设计的高效聚光光学系统组装成模组，静态转换效率达到35.5％，是目前国际上三结太阳能电池聚光模组的最高值。　　2、提出平板密集矩阵菲涅尔透镜。采用基于能量最大化原则的等齿宽与等齿高相结合的平板菲涅尔透镜设计方法，结合工程应用环境条件，建立了不同温度的密集矩阵式菲涅尔透镜模型，在AM1.5D标准光谱的模拟光源下，针对光线入射角度、工作环境温度等不同条件，对菲涅尔透镜光学性能进行了优化模拟与仿真，最大限度保证了模型与实际应用精确匹配，获得了结构简单、加工工艺难度小、成本低，更适合工程化应用的菲涅尔透镜。　　3、提出微棱镜二次光学元件。以获得高效聚光及实际应用的冗余度，建立了微棱镜模型，在AM1.5D标准光谱的模拟光源下，通过仿真与优化，并紧密结合实际工程应用，确定了微棱镜结构尺寸及工作面倾角等关键参数。实验研究结果表明，与研制出的菲涅尔透镜组成的光学系统的聚光效率达到84.8％、接收角达到±1°，应用该光学系统的聚光模组在-10℃～50℃环境温度工作时，输出功率损失不超过4.3％。　　4、对反光杯式二次光学元件开展了研究。建立了反光杯模型，在AM1.5D标准光谱的模拟光源下，通过仿真与优化，并紧密结合实际工程应用，确定了微棱镜结构尺寸及工作面倾角等关键参数。实验研究结果表明，与研制出的菲涅尔透镜组成的光学系统的聚光效率达到82.3％、接收角达到±0.9°，应用该光学系统的聚光模组在0℃～50℃环境温度工作时，输出功率损失不超过5％。　　5、对所研制的密集矩阵高倍聚光模组进行了现场发电实验研究。建立了实际使用环境条件下的模组散热模型，通过散热实验研究，验证了模型的合理性，结果表明模组能够很好地满足实际散热需求。对比了甘肃嘉峪关和云南永仁两个电站中不同模组的实际并网发电数据，结果表明与室内模拟实验及静态测试数据一致性较好，与相同条件下的晶硅发电相比，单位千瓦发电量高出其53％～90％。