社会的生产、生活离不开能源,社会的迅速发展也促使了对能源的急剧需求。然而随着化石能源的枯竭和环境污染,给人类社会带来了一系列能源挑战和环境问题。因此人们开始关注和开发可再生清洁能源,在众多的清洁能源中,由于太阳能无穷的储备量和利用的便捷,受到越来越多研究学者的青睐。其中太阳能电池作为将光能直接转化为电能的设备受到了社会越来越多的开发与研究,如何改善和提高太阳能电池的光吸收,进而提高太阳能电池的光电转化效率成为了一项重要的探究课题。目前,硅基太阳能电池由于久远的发展历史和成熟的制作工艺,占据了主要的市场份额。但其因制作成本高,抗辐射性和热稳定性低等原因,不能满足社会发展和生产日益增长的需求,因此寻找稳定且光电转化效率高的太阳能电池材料成为了目前有待解决的问题。近年来,由于砷化镓太阳能电池较硅基太阳能电池有较高的光谱响应和热辐稳定性等优点,受到了越来越多的关注和研究。然而由于其生产成本高且砷具有毒性,使得其难以在生产生活中普及,为了降低生产成本及污染,将砷化镓太阳能电池制作成薄膜太阳能电池以减少砷化镓膜层的厚度是主要的方法之一。然而随着砷化镓太阳能电池厚度的减少,如何提高薄膜砷化镓太阳能电池的光吸收以便进一步提高砷化镓太阳能电池的光电转化效率,成为了主要的探究课题。目前,在太阳能电池中引入微结构是提高太阳能电池光吸收的主要方法之一,其主要基于微结构的陷光机制将入射光反复反射,折射和散射到太阳能电池中以实现对太阳光的多次吸收利用,从而提高太阳能电池的光吸收性能。本文基于微结构的陷光特性,通过光学仿真软件FDTD和电学仿真软件DEVICE进行了模拟设计和理论计算,探究了三种微结构对薄膜砷化镓太阳能电池的吸收和光电转化效率的影响。并对砷化镓太阳能电池的光电特性进行了讨论分析。本文的主要研究内容如下:（1）基于金字塔的渐变折射率梯度效应设计并研究了梯形金字塔结构对薄膜砷化镓太阳能电池光电性能的影响。为了研究梯形金字塔结构对薄膜砷化镓太阳能电池光吸收的影响,我们使用FDTD光学仿真软件对具有梯形金字塔和不具有梯形金字塔的薄膜砷化镓太阳能电池进行了模拟计算,模拟计算的结果表明,梯形金字塔结构提高了薄膜砷化镓太阳能电池的光吸收,从而提高了薄膜砷化镓太阳能电池的光电转化效率,在梯形金字塔几何参数最优的条件下,其效率达24.34%。比没有梯形金字塔结构的砷化镓太阳能电池的效率提高升了29.60%。此外还对比分析了梯形金字塔的高度和上下边长比等几何参数对薄膜砷化镓太阳能电池光电性能的影响。（2）为了进一步提高砷化镓太阳能电池的光电转化效率和减少砷化镓材料的使用,我们基于横边临界耦合共振原理及减少载流子传输距离以减少载流子复合的基础上设计研究了一种基于十字形凹槽结构的薄膜砷化镓太阳能电池,通过模拟计算结果表明具有十字形凹槽结构的砷化镓太阳能电池较平面砷化镓太阳能电池有较好的吸收和较高的光电转化效率,在十字形凹槽结构几何参数最优的条件下,太阳能电池的光电转化效率最大为25.28%,比没有十字形凹槽结构的砷化镓太阳能电池的效率结构提升了60.40%。此外还对比了十字形凹槽结构的深度,宽度和长度等几何参数对砷化镓太阳能电池性能的影响。（3）考虑到单结砷化镓太阳能电池的效率极限,为了进一步提高载流子的传输效率,我们研究设计了一种基于圆盘结构的砷化镓与PEDOT:PSS有机化合物结合的混合太阳能电池,通过模拟计算结果表明在300到1500 nm的波长范围内的圆盘PEDOT:PSS/GaAs混合太阳能电池的光吸收达到了80%以上。在纳米圆盘结构几何参数最优的条件下,其光电转化效率达到了27.84%。比没有纳米圆盘结构的PEDOT:PSS/GaAs混合太阳能电池的效率提升了26.08%。此外,分别对比分析了圆盘的半径、高度、和活性层厚度等几何参数来研究其对砷化镓太阳能电池性能的影响。