在器件表面制作微米纳米量级的周期结构,利用光的干涉和衍射特性,可以改善器件的光学性能。近些年来,许多人工超材料和新型光学功能结构得到迅速发展,在光电器件基底材料表面制作微纳结构来改变光的传播特性以此来增加光能吸收,从而进一步提高光电转换效率,已成为目前发展趋势之一。本论文采用了严格耦合波理论和时域有限差分法计算分析了多种可以实现光能吸收增强的微纳阵列结构,讨论结构参数对吸收性能的影响,为用于改善光能吸收的微纳结构的设计提供了参考。本文的主要研究内容如下:首先,针对具有显著几何特征的方柱、圆柱、塔柱、半球等多种形式的单元结构阵列表面,利用时域有限差分法对微纳阵列结构光吸收性能进行仿真研究。以硅材料为例,调整单元结构的线宽、高度、周期以及光源入射角度等参数,计算分析了可见光波段红、绿和蓝光的吸收率随微结构特征尺寸参数的变化。仿真计算结果表明,由这些典型几何特征单元构成的单一型微纳阵列结构,在材料对光有少量吸收的基础上,可以显著提高光的吸收率。结构简单,便于加工。其次,针对光电子器件常用的基底材料在近红外波段吸收率非常低的问题,在单一型微纳结构阵列的基础上,设计了几种复合型微纳阵列结构:Ag纳米颗粒-硅柱复合结构、Ag凹坑-硅柱复合结构以及石墨烯-金属光栅复合结构。改变阵列结构的周期、占空比、柱高以及辅助金属结构的尺寸等参数,讨论分析了不同参数对复合型微结构吸收性能的影响。通过借助微结构的陷光效应、金属表面等离激元共振以及不同折射率匹配的共同作用,减少了界面的反射,最后微纳复合结构的光吸收率相比硅平板和无添加任何辅助材料的硅栅,都得到了增强,为提高光的吸收提供了新的方法。最后,加工了实验样片,对其吸收率进行了测试与分析。在近红外波段,硅柱微纳阵列结构高穿透吸收为零,因此利用分光光度计并结合积分球,测量可见光波段0.40～0.76μm,入射光角度分别为10°、20°、30°、40°时,周期为0.8μm,硅柱边长为0.4μm,柱高为0.8μm的结构吸收率。测试结果表明,30°入射时,可见光宽波段范围内,吸收率较好,可达84.1%～92.1%,与仿真结果比较基本吻合,符合预期值,该结构对提高光吸收有效。