由于微纳结构所具备的各种光学特性,使得它能在光电器件中被广泛引入以实现其的性能的改进。本论文研究关注能源的高效利用,以光伏和LED器件为研究对象,综合考虑目前微纳加工主要技术手段来提升薄膜硅太阳能电池和集成LED器件效率。论文实验研究之外,先用计算机模拟计算的方式,在严格耦合波分析的算法下分析计算了各种典型周期性光栅的衍射特性。并将这种模拟的衍射现象引入到薄膜硅太阳能电池的设计上,提升光伏器件对太阳光的吸收能力。在对太阳能电池的模拟研究部分,对非晶硅薄膜太阳能电池引入波浪形光栅的设计。基于二维模型下模拟计算了非晶硅薄膜太阳能电池对AM1.5太阳谱的吸收特性,分析出当波浪形光栅周期设定在0.5μm时相对平整的参考电池模型有最大46.44%的吸收提高。而在三维模拟下对薄膜晶硅太阳能电池中引入六角密排拱阵列设计出基于六角密排拱阵列的薄膜晶硅太阳电池。通过模拟计算引入了六角密排拱阵列的薄膜晶硅太阳能电池吸收性能,并分析出阵列最佳周期值在0.70μm时相对参考电池模型最大吸收提高达到45.13%。本论文的实验研究部分主要实施微阵列结构的加工制备,以及将制备出的微阵列引入到相关器件上。这部分研究详细介绍了玻璃衬底上制备微球孔阵列的工艺流程和PSS工艺以及从PSS工艺制得的蓝宝石上复制微阵列结构的工艺流程,并且对制备出的微阵列进行了表征、光学测量和材料表面性能测试。玻璃基底上制备的微球孔阵列引入到非晶硅薄膜太阳能电池的前衬入光面后实现了太阳能电池性能的提升,短路电流增加了7.66%,最大转换效率提高了5.33%。PDMS上复制出的微锥孔阵列引入到非晶硅薄膜太阳能电池上也实现了短路电流7.97%的增加和最大转换效率8.8%的提升。在对集成LED器件封装工艺的研究中,引入微阵列到器件的封装聚合物上的方式实现了器件出光效率的提升。在同种测试条件下表面带有微阵列结构封装的集成LED器件比常规封装的器件不同注入电流下器件发光效率提高23.41%-24.43%,辐射效率提高22.24%-23.94。全文所研究内容均与微纳结构光学特性密切相关,实验中所用技术以低成本工艺为主并考虑器件的兼容性。论文主要创新点包括:利用计算机模拟的方式设计了两种带微纳结构的薄膜硅太阳能电池模型,分析了基于低深宽比微纳结构的薄膜太阳能电池吸收性能;根据非晶硅薄膜太阳能电池的结构特性,引入微阵列结构在太阳能电池的前衬入光面,实现光伏器件更加有效的吸收太阳光,提升了器件的转换效率;根据集成LED器件的封装特点,在封装聚合物上引入微阵列结构实现了出光效率的提升。随着微纳加工技术的不断改进和光伏与LED器件的不断推广,运用更新与更为成熟的技术改进光电器件的转换效率会受到更多的关注。