晶硅太阳电池占据了光伏行业主要的市场份额,对缓解世界能源危机具有重要意义。晶硅绒面在光电转换过程中处于光吸收的端口位置,掌握着整个电池的光学增益效果,同时也影响着电池的电学性能及组件的工作温度。因此,研究晶硅绒面的光学特性对提升光电转换效率具有关键的指导作用。纵观晶硅太阳电池的绒面发展历程,如今的产业级晶硅制绒技术越来越追求光电效果之间的平衡,绒面的特征尺度逐渐过渡到了“近波长区”。这一尺度下,电池的光学表现强烈依赖于绒面的结构特征,经典的射线追踪算法和渐变折射率理论已无法合理应用到仿真研究中。此外,当研究拓展到了组件体系下,封装材料的红外吸收使得整个系统的热效应尤为明显,研究中势必要考虑组件工作温度对电池效率的影响。本文针对上述问题,在产业级晶硅绒面发展现状及趋势的导向下,分别建立了基于RCWA（Rigorous coupled wave analysis,严格耦合波分析算法）的三维电池仿真模型及联合了能量平衡方程和光学仿真的组件光电热耦合模型。首先,本文对两种典型的新型晶硅绒面进行RCWA建模分析。我们计算了单晶倒金字塔阵列中开口、间距和周期对反射率的影响,并探究了绒面与SiNx光学薄膜的联合减反效果。计算结果表明,尺寸约为1 μm的密集倒金字塔绒面在光学性质上具有明显优势:短波段具有反射率约为10%的良好减反性;长波段在1000 nm波长附近展现了最佳的陷光特性。另外,亚微米绒面与SiNx薄膜在光学减反上也有很好的耦合性,其优化效果使得反射率进一步降低至1%,相比工艺标准厚度（80 nm）下降低了 17%。针对多晶碗状阵列结构,我们计算了纵横比对反射率及表面积增加率的影响。结果显示,增大纵横比带来的光学增益将逐渐衰减,接近1的纵横比能够较好地平衡光学和电学增益。在绒面研究基础上,我们建立了三维晶硅电池模型,并通过长波段去相干技术和引入随机分布处理了算法内禀的相干性及结构周期性带来的问题,令计算结果能与实验更好地对比。进一步地,我们重构了实验上的尺度复合多晶硅绒面,并将绒面结构导入三维电池模型中计算。仿真结果显示了与实验一致的电池光学性能的改善,由此分析了绒面关键参数对钝化层及表面复合率的影响,相关理论预言得到了实验验证。最后,我们利用组件的光电热耦合模型计算了晶硅光伏组件中的各项功率、光电转换效率及工作温度。通过导出的不同环境温度及热学参数（传热系数及发射率）的计算结果,我们重点分析了包括热学功率及降温效果的组件背面散热特性。综上,我们的研究以新型晶硅绒面的结构特征作为切入点,逐步深入至电池架构及组件系统,讨论了光学特性、光电增益的平衡以及光电热耦合效果等一系列问题。以上结果均为实验观察给予了理论支持,也为产业级晶硅电池的绒面设计提供了一定的理论指导。