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随着化石能源的日益枯竭和地球环境的逐年恶化,太阳能等清洁能源越来越引起人们的重视。相比传统的薄膜太阳能电池材料,半导体纳米线阵列具有独特的“光阱”效应,可以大幅提升对光的吸收效率,在新一代太阳能电池中极具应用潜力。半导体纳米线阵列的结构参数对其光吸收性能影响很大,合理地设计和优化纳米线阵列的结构参数是实现低成本、高效率太阳能电池的关键。本文围绕半导体纳米线阵列太阳能电池的设计和优化进行了深入的理论研究,主要成果如下:1、利用 FDTD Solutions 和 Sentaurus TCAD 研究了径向 PN 结GaAs纳米锥阵列太阳能电池的光伏特性。相比于纳米柱,纳米锥阵列可以提高耗尽区对光的吸收,进而提升光电转换效率。在直径/周期(D/P)比为0.72时,达到最高光电转换效率13.8%。2、建模研究了轴向pin结Si纳米线阵列太阳能电池的光伏特性,研究表明其在300-500nm光谱范围内的吸收效率较高,对600 nm之后的光吸收效率急剧下降。在纳米线长度为60.4μm,D/P比为0.6时达到最高转换效率9.33%。3、设计并仿真了一种钙钛矿/Si纳米线阵列复合型太阳能电池,通过在Si纳米线间隙填充钙钛矿材料以拓宽其吸收光谱。复合结构器件在300～800nm波段均有很高的吸收效率,在纳米线高度为1.6μm时器件的短路电流密度达到28.8 mA/cm2,转换效率达到13.3%,是硅纳米线阵列太阳能电池转换效率的6.5倍。