微结构表面可以能够产生多种光与物质相互作用,可以实现对紫外、可见、红外等多频谱电磁波与光子能量的调控,因而受到了能源、通信、探测、生物、医疗等多个领域的广泛关注,并发展出一系列光电和光热应用。微结构表面的形式多种多样,其对应的光与物质相互作用机制也不同,因此在不同的应用场合中,需根据实际需求对不同波段进行针对性的研究,才能达到所需的光子管理与光谱特性调控效果。本文针对红外辐射调控以及太阳能全光谱综合利用这两种应用背景,从光与物质相互作用机制出发,深入研究了表面结构内部光与物质相互作用机理的作用过程与影响规律,发展了基于微结构表面的多频谱光子管理与光谱特性调控方法,并针对强化吸收微结构对太阳能电池光电特性的影响进行了综合研究。具体研究内容如下:（1）复合周期超表面的光谱调控机理研究超表面是一种可以通过局部表面等离激元效应调节红外辐射光谱特性的微结构表面形式,以此为基础设计并制备了一种金属-介质-金属类型的超表面,深入分析了周期性超表面内部的光与物质相互作用机制,明晰周期、材料等复合因素之间的协调匹配机制与相互作用规律,最终通过材料与尺寸复合形成的复合周期超表面,实现了大气窗口（3~5μm和8~14μm）低发射,非大气窗口（5~8μm）高发射率的红外复合光谱特性的要求,可以满足多波段红外隐身的需求,并对该光谱调控效果进行了实验验证。根据此结果发展了基于复合周期超表面的红外辐射特性调控方法,为实现多频谱辐射特性调控供了坚实的理论基础。（2）纳米颗粒表面的光子管理机理研究金属纳米颗粒也具有其独特的局等表面等离激元共振效应,成为提升太阳能电池吸收的一种主要方式,但金属纳米颗粒自身的寄生吸收对光伏电池是不利的,需区分其有利与不利的影响。从纳米颗粒的分布方式、材料属性以及尺寸特征等参数出发,深入细致地研究了金属纳米颗粒的运用对光伏材料光谱特性的影响,并与常规介质颗粒的作用进行对比,揭示颗粒强化吸收的原理以及相关效应的运作方式,建立基于纳米颗粒强化吸收的设计准则,为通过纳米颗粒进行实现强化吸收这一途径提供相关指导路线。（3）复合微结构表面的强化光子吸收方法研究纳米柱结构也是一种常用的强化太阳能电池对光子能量吸收能力的微结构表面,强化吸收的波长与纳米柱的尺寸参数密切相关,对于单一尺寸的周期纳米柱结构来说,无法满足太阳能电池的宽波段吸收需求。为了满足太阳能电池对入射光子的宽波段、广角性以及偏振不敏感的捕获,因此,将单一纳米柱结构改进成纳米-柱孔类型的复合微结构表面,以满足上述的光子管理效果,深入分析了不同类型的复合微结构表面的光与物质相互作用机制在增强光子捕获中所起的作用,并进行实验验证,最终建立了复合微结构表面的宽光谱、广角度以及偏振不敏感强化光子吸收方法。（4）双面复合仿生微结构表面的全光谱调控方法研究光伏-热电耦合系统的出现为解决光伏电池无法利用全光谱能量这一问题提供了很好的思路。对全光谱光子能量的管理分配是实现光伏-热电耦合系统的首要条件,即高于禁带值的光子能量可以被光伏电池吸收,而低于禁带值的光子能量可以透过光伏电池内部到达热电器件的热端被热利用,因此要发展新型的微结构表面形式满足这一要求。因此,在薄膜电池两端设计双面周期纳米锥微结构,在实现上表面实现全波段减反的同时,通过背面结构的作用进一步增强电池在红外波段的透射。通过纳米锥与仿生蜂窝结构的复合,可以进一步提升全光谱调控效果,并得到实验验证,从而建立了双面结构的全光谱特性调控方法。（5）微结构表面对双面光伏电池光-电耦合特性的影响微结构表面是提升光伏电池效率的一种主要途径。尽管有各种各样的微结构表面应用于太阳能电池的强化吸收,但微结构的使用也会对电池的电学输运特性造成影响,导致效率不一定提升,因此,微结构表面在光伏电池中的应用应综合电池的光-电特性进行考虑。以双面异质结电池为研究对象,研究了不同尺寸的金字塔结构对双面异质结电池光-电耦合特性的影响,揭示微结构对太阳能电池光-电耦合特性的影响规律,并根据该结果在光学与电学之间寻找一个平衡点,获得了更加合适的微结构表面,提升了电池的光电转换效率,推动了微结构表面在光伏电池应用中的发展。