太阳能作为储量巨大的可再生清洁能源,是21世纪最受关注、最具潜力的替代能源,合理利用太阳能是解决当下世界能源危机的重要途径之一。然而,以硅为代表的半导体材料带隙限制是制约太阳能电池宽波段吸收的重要因素,在此背景下,光伏-热电耦合系统的提出成为了突破的方向。另一方面,研究表明,太阳能电池表面的微纳结构有利于减小入射光的反射损失,但现阶段相关研究主要集中在仅对单一波段吸收的简单微结构,吸收波段更广、效果更好的复合微结构的相关研究亟待深入。本文从简单微结构的光谱特性研究出发,以硅基表面纳米柱、纳米铅笔结构为研究对象,通过对简单微结构的参数模拟优化、制备工艺调控及相关吸收机理的把握,开展相应的硅基表面复合微结构的制备实验及光谱吸收特性研究,探索复合微结构的减反机理,进而实现结构在宽波段太阳能的高效吸收。主要开展了以下研究工作:(1)基于纳米柱、纳米铅笔结构的硅基表面微结构的理论模拟研究利用时域有限差分法(FDTD),从单晶硅表面纳米柱、纳米铅笔结构入手,展开单一微结构的减反特性研究,分析了结构高度、底面占空比、周期等特征参数对光谱特性的影响。同时,对特征参数优化后结构的不同排布、复合方式展开了进一步的研究,分析了理想状态下,复合纳米柱、纳米铅笔结构的减反特性,并通过场强分析对优化结构光谱特性展开了深入分析。研究发现在纳米柱阵列中,结构排列及尺寸的无序化有利于结构减反性能的提升;而研究得到的纳米铅笔优化结构的平均反射率低于1%,且在不偏振的斜入射光源下均表现出高吸收性能。(2)纳米柱、纳米铅笔结构的实验制备研究在计算模拟参数优化的基础上,利用PS小球的掩膜,结合干法刻蚀、湿法刻蚀技术制备出了单晶硅表面纳米柱、纳米铅笔结构,并通过实验相关工艺的控制实现对微结构特征参数的调控,分析了实验工艺参数对微结构形貌及光谱性能的影响。同时,利用磁控溅射技术探寻了减反膜层的引入对结构吸收性能的影响。(3)复合微结构的实验制备及光谱特性研究在单一结构结构的数值模拟、实验研究的基础上,针对纳米柱、纳米铅笔结构提出两种了复合方式及相应复合结构的实验制备方案,即不同直径复合的随机阵列、及不同高度交错的双层错位阵列。并根据复合方式的不同,将复合微结构的实验研究分为两部分,先后研究不同直径、不同高度、不同周期的纳米柱、纳米铅笔复合结构的光谱特性。通过合理的实验参数设计,分析实验工艺参数对相应复合结构形貌特征及光谱吸收特性的影响。最终,实验制备出了在300nm~1100nm范围内,平均反射率为4.24%的双层纳米柱优化阵列,以及平均反射率为3%的纳米铅笔-纳米柱双层错位阵列,优化后的复合结构在近红外波段亦表现出高吸收性能。