随着全球经济发展和人口的增长,化石能源导致的污染问题日渐加剧,人们开始探索传统能源的替代方案。太阳能是地球上储量最丰富且最易获取的可再生能源,太阳能电池是一种通过光电转换效应直接利用太阳能发电的半导体器件。然而太阳能电池能源转换效率低、成本高成为制约其发展的两大难题。本文首先阐述了太阳能电池的工作原理,并通过直接带隙和间接带隙半导体材料性能的对比引出砷化镓材料在制备太阳能电池的优越性。介绍了多结叠层III-V族太阳能聚光电池的设计原理及其优越性。重点介绍了基于砷化镓材料的纳米线、纳米柱等表面微纳结构对太阳能电池性能的影响。本文介绍了一种以二氧化硅纳米小球阵列为掩膜,使用ICP干法刻蚀制作砷化镓太阳能电池表面纳米结构的方法。实验中,我们对气液界面自组装法进行改良,制备了大面积、均一的、致密的二氧化硅纳米小球阵列掩膜。我们针对纳米柱结构设计了以氯离子化学反应刻蚀为主,辅以氢气物理轰击和氮气保护的干法刻蚀工艺;针对纳米锥结构设计了以物理轰击为主的选择比较低的刻蚀工艺。本文利用时域有限差分法,对纳米柱、纳米锥阵列结构进行建模和仿真。通过对不同周期纳米柱的仿真与测试,分析了占空比对反射率的影响。通过对比纳米锥和纳米柱的仿真与测试结果,分析了纳米结构形貌对反射率的影响。本文根据惠更斯-菲涅耳原理,通过菲涅耳半波带法,针对特定波长和焦距设计了聚焦型菲涅尔透镜。分析了菲涅尔透镜的减反射作用,以及聚焦作用对子电池PN结区有源层光吸收率的影响。