高效率的太阳能电池是太空工作站、空间卫星、临近空间飞艇、长航时太阳能侦察飞机等航天飞行器主要能源的提供者。随着国家太空战略规划的确定与发展,目前所用的GaAs基空间太阳能电池远远不能满足未来航天的功率需求。因此,进一步提升其光电转化效率迫在眉睫。GaAs基空间太阳能电池的表面反射率是制约其转化效率的重要因素,降低其表面反射率可以增加透过电池窗口层参与光电转化的光子数量达到提高电池光电转化效率的目的。目前国内外研究降低表面反射率的主要方法是采用减反射膜,而减反射膜的寿命和对波长的局限性缺陷难以克服。而电池表面构造微纳织构实现减反增透可有效避免上述缺陷。本文以单结Ⅲ-Ⅴ族GaAs基太阳能电池为研究对象,采用软件模拟、飞秒激光诱导、紫外光刻和离子束刻蚀等方法在自主设计制备的电池窗口层表面构筑具有减反效果的微纳织构。系统研究了不同加工方式下织构化的电池的表面形貌、反射率等表面特性变化规律和光电转化效率的增加与衰退机理。获得主要结论如下:（1）设计制备了A、B两种GaAs基单结异质太阳能电池。A电池的窗口层厚度为200 nm,表面平整度较高,反射率为34.94%,光电转化效率为13.72%;B电池的窗口层厚度为30 nm,表面反射率为31.72%,光电转化效率为19.36%;通过对比A电池和B电池发现电池窗口层Al In P材料的厚度能够显著的影响光电转化效率。厚度越大,对入射进入电池内部的光子消耗作用就越大,降低厚度可以有效的提高电池的光电转化效率。具有相同设计参数的B电池与C电池对照说明,窗口层Al In P材料表面纳米级的微纳织构可降低电池表面的反射率,提高光电转化效率。（2）基于标量、矢量衍射和等效介质理论阐明了微结构减反射的基本原理。采用FDTD模拟分析了四种常见微结构（圆锥、余弦截面锥、抛物截面锥、金字塔）不同结构尺寸下的减反射特性,获得了与四种微结构相对应的反射率随结构高度变化的规律及最佳高宽比随着结构高度变化的规律;模拟分析了四种常见微结构两两复合的减反射特性,模拟结果表明:两种结构复合所得的反射率不等于相同参数下两种单一结构反射率的平均数;两种结构复合所得的反射率或者低于相同参数下每个单一结构的平均反射率或者介于相同参数下两个单一结构的反射率之间。上述结果表明选取合适的微结构复合有利于降低材料表面的反射率。（3）采用飞秒激光在A电池表面诱导出不同的微纳织构。实验测试得10个脉冲下的损伤阈值0.0113 J/cm2和100个脉冲下的损伤阈值0.033 J/cm2,理论计算获得理论损伤阈值为0.047 J/cm2。实验损伤阈值与理论损伤阈值之间相对误差的产生是由于激光能量的不确定性、光斑损伤面积的测量误差、线性拟合误差、光斑模型简化和Al In P材料特性均化等因素导致。实验获得在给定参数下飞秒激光引起电池表面窗口层Al In P材料损伤的最小单脉冲能量为2.982μJ。随着单脉冲能量的增加,飞秒激光对电池窗口层材料的损伤程度逐渐增加。相同单脉冲能量下减小光斑的纵向位移可以增加电池的损伤程度。表面反射率随着单脉冲能量的增加而降低,飞秒激光制备的表面微织构具有明显的减反射作用。分析了电池光电性能增加与衰退的机理。在实验获得最小单脉冲能量的极小损伤情况下,电池的光电转化效率由13.72%降低到12.46%,进一步增加单脉冲能量则电池光电性能急速下降,电池严重受损。（4）采用新一代激光直写工艺在A电池窗口层Al In P材料表面精确制备纳米深度的槽形阵列和十字交叉型阵列。优化得出激光功率270 m W,脉冲宽度490ns,激光波长405 nm的参数条件下,电池表面槽型结构的深度可控制在5 nm内。激光直写制备的微槽结构不平整,同一加工参数下不同样品之间所得纳米阵列尺寸有轻微波动,同一样品之间微结构一致性较好。纳米阵列结构可降低电池表面的反射率。相同的线宽比条件下,十字交叉型纳米阵列相比于横槽型纳米阵列反射率更低。具有横槽型纳米阵列结构的电池性能,转化率由13.72%下降至13.48%与13.01%之间;具有十字交叉型纳米阵列结构的电池性能可达13.59%。（5）采用离子束刻蚀工艺对电池表面窗口层Al In P材料进行表面织构,试验获得最优化的旋涂光刻胶参数,当旋涂时间为30 s,加速度为1000 rpm/s,速度2000 rpm时基片上可获得较好的光刻胶薄膜;获得最优化的光刻胶烘焙温度为135℃下保温15 min;获得最优化的光刻胶（LC100）曝光时间为5 s;实验获得了离子束刻蚀在此设备及相关设置参数下对电池窗口层Al In P材料的刻蚀速率约为1 nm/s。采用QE系统测得电池表面制备5 nm和30 nm的纳米结构可使电池的反射率降低2-4个百分点,而电池的光电转化效率均有所下降。本研究优化了单结Ⅲ-Ⅴ族GaAs基太阳能电池表面微纳织构制备工艺,为获得高效、稳定、长寿命的多结Ⅲ-Ⅴ族太阳能电池提供了理论支撑。