太阳能转换为电能是当今解决世界能源危机的一个重要途径，具有广阔的前景并将成为未来主导的新能源之一。具备高效率的光伏器件是实现这一目标的关键，而市场主导的硅太阳能电池与太阳光谱的失配是限制这类电池光电转换效率大幅提升的瓶颈所在。为此在不改变现有硅电池结构的情况下，通过修正入射的太阳光谱使其与硅电池的光谱响应达到最佳配备的方法，可望提高电池的转换效率。　　本文从频谱变换的角度出发，研究稀土离子掺杂光子材料的频谱变换效应和它在太阳能电池器件上的应用。本文的具体研究内容如下：　　1.研究了Pr3+-Yb3+、Tm3+-Yb3+、Ho3+-Yb3+和Nd3+-Yb3+四个双掺杂量子剪裁系统，通过建立数值模型、对模型求解、参数优化和结果分析，获得较佳的光谱转换波形和转换效率；对含上述量子剪裁系统的太阳能电池进行性能分析，获得了太阳能电池的短路电流和开路电压，结果表明，下转换对太阳能电池转换效率的相对提升程度在9％～22%范围。　　2.研究了Ce3+-Tb3+-Yb3+和 Ce3+-Nd3+-Yb3+两个三掺杂量子剪裁系统，建立了数值模型，通过对模型求解、参数优化和结果分析，获得较佳的光谱转换波形和转换效率；对含下转换器单晶硅太阳能电池进行计算，获得了太阳能电池的性能参数，结果表明，下转换对太阳能电池转换效率的相对提高程度可达到21%～22%。　　3.研究了Ce3+掺杂系统作为光谱下转移对非晶硅太阳能电池性能的影响。结果表明，太阳光谱下转移后的太阳能电池转换效率的相对提高程度在4%～13%范围。　　4.比较所研究的双掺杂和三掺杂系统，选取较佳的系统；分析了实际值和理论评估值之间差异的产生原因和开展实验测试所需要解决的关键问题；实验制备和测试了一个Eu3+掺杂的光谱下转移系统，太阳光谱下转移后的非晶硅和多晶硅太阳能电池转换效率分别相对提高了3.66%和5.28%，这一结果远高于目前已知的国内外同类实验所获得的最大值0.033%。我们的理论计算和实验测试充分表明，稀土掺杂光子光伏材料确实能较好地改善硅基太阳能电池的性能。