硅薄膜太阳能电池可以采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等方法实现大面积制备,与晶硅太阳能电池相比,具有成本低,工艺简单和节省硅料等优点。随着薄膜太阳能电池的广泛应用,降低电池反射,提升电池光电转化效率已成为迫切的研究课题。本课题基于微纳光学理论,通过微纳加工工艺,设计开发了多款高效的表面陷光结构,以达到降低硅薄膜电池的光能反射,增加电池光吸收和提升电池光电转化效率的目的。全文研究的主要内容和结论如下:(1)利用微纳加工工艺,在玻璃表面制备不同深宽比的凹坑阵列陷光结构,并对其关键工艺技术进行了详细研究讨论。(2)在制备好的凹坑阵列结构玻璃的另一光滑面沉积硅薄膜太阳能电池,并研究了该电池的光反射特性和光伏特性。编程计算结果表明,与平板结构硅薄膜电池相比,凹坑阵列结构电池的表面反射率下降31.91%左右,电池的平均短路电流密度提升5.75%,电池效率随着短路电池的提升而提升。对凹坑阵列结构的陷光机理研究表明,半球凹坑阵列结构的表面反射率仅为平均结构的52.62%,同时减少31.31%的内部光能逃逸,以及有效延长光程。同时,FDTD模拟结果表明,随着深宽比的增加,凹坑阵形结构的表面反射率先降低后趋于平缓;其减少光能逃逸能力,则是先增加后减小,当深宽比为0.80时,防逃逸能力达到最大值,约减少了28.52%的光能逃逸。模拟结果还表明,凹坑阵列结构电池的短路电池均大于平板结构电池,随着凹坑阵列结构深宽比的增大,电池短路电流密度先增大,后减小。其最大值出现在深宽比为1.25时,其电池短路电池相对于平板结构电池提升9.55%。(3)利用PDMS浇注工艺,以不同深宽比凹坑阵列结构玻璃为模板,制备了不同高宽比凸包阵列结构的PDMS薄膜,并将其应用到硅薄膜太阳能电池中,以提升电池的光吸收能力和光电转化效率。结果表明,凸包阵列结构对硅薄膜电池的转换效率和短路电流密度均有明显的提升作用,相对平板电池分别提升7.13%和7.12%,且其陷光机理与凹坑阵列结构类似。FDTD模拟结果表明,随着结构高宽比的增大,凸包阵列结构的表面反射率先降低后趋于平缓,其减少光能逃逸能力,则是先增加后减小。当高宽比为0.75时,防逃逸能力达到最大值,为59.63%。FDTD模拟还表明,随着结构高宽比增大,凸包阵列结构电池的短路电池密度值先增大后减小,其最大值也出现在高宽比为0.75时,相对于平板电池提升15.48%。(4)通过化学反应刻蚀方法,在金字塔硅表面制备微纳混合(倒)金字塔(黑硅)结构,并利用PDMS浇注工艺,以金字塔和微纳混合金字塔硅为模板,制备了(倒)金字塔结构和微纳混合(倒)金字塔结构PDMS薄膜,并将它们应用于硅薄膜太阳能电池,以提升电池的光伏特性。结果表明,(倒)金字塔结构电池的转换效率和短路电流密度比平板结构分别提升3.11%和2.76%。而微纳混合(倒)金字塔结构则使电池的转换效率和短路电流密度在上述的基础上进一步提升,分别达到5.06%和5.36%。利用金字塔陷光结构研究了(倒)金字塔结构和微纳混合(倒)金字塔结构的陷光机理,结果表明该两种结构能显著降低电池表面的光能反射,但在减少电池内部光能逃逸光和延长在电池光程方面作用却不明显。(5)对本文研究的几种高效表面陷光结构的雾度特性、衍射特征以及表面疏水性能进行了研究讨论。可见,高效表面陷光结构在不破坏电池原有生产工艺的基础上,通过表面陷光技术降低了电池的表面反射、减少了电池内部的光能逃逸,同时延长了电池光程,且具有宽带响应。该技术具有良好的推广价值,有利于提升玻璃封装表面太阳能电池的电池性能。