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在硅基薄膜太阳电池中引入高效的陷光结构是提升电池吸收和效率的有效途径。陷光结构包含两个基本要求，首先需要在电池背表面添加高反射率的背反射层，尽可能的将到达电池底部的光反射回电池内部；其次需要在电池中引入绒面结构，增强光的散射，延长光在电池内部的吸收光程。本论文研究基于光子晶体（photonic crystal，PC）的太阳电池陷光结构设计与实验。首先研究一维光子晶体（one dimensional photonic crystal，1D PC）作为背反射层在硅基薄膜太阳电池中的应用，而后研究二维光子晶体（two dimensional photonic crystal,2D PC）作为绒面形貌在电池中的散射特性，有目的、有针对性的控制光在电池中的行为，全谱域提升电池本征吸收。主要研究工作如下： 首先研究了适用于硅基薄膜太阳电池背反射层的1D PC的优化设计和实验制备。基于平面波方法和时域有限差分方法，模拟研究了1D PC的结构参数对其光子禁带和光学特性的影响。研究发现，介质厚度比对1D PC的光子禁带和禁带内反射率有重要影响。要获得大的禁带宽度，除了选择大折射率比介质和增大周期厚度，关键是要将介质厚度比设置在1/2-2/3区间；而要在禁带范围内获得高反射率，当无法满足两种介质层均为无吸收时，应在保证禁带范围涵盖所需背反射范围的前提下，减小吸收层与低吸收介质层的厚度比。为了满足不同电池的背反射需求，可以通过调整1D PC中单一介质层的厚度，实现禁带展宽及中心红移；或者将两种禁带范围连续的1D PC级联，实现宽谱域高反射。采用a-Si和SiOx分别作为高、低折射率介质，实验制备出禁带范围分别为520-800nm、550-850nm和650-1100nm的1D PC，5周期时禁带内的平均反射率分别为97％、98%、99%。 接下来实验研究基于1D PC的随机绒面背反射结构设计及其在太阳电池中的应用。高性能的背反射层需要同时具备高反射、高散射和高电导特性。通过在1D PC和电池间插入掺铝氧化锌膜（aluminum-dopedzinc oxide,AZO）形成1D PC/AZO复合背反射电极，使1D PC在获得高反射的同时能兼顾载流子输出。本文提出两种在1D PC中引入绒面形貌的方法。一是利用稀盐酸腐蚀上述1D PC/AZO复合背反射电极表面的AZO层，形成1D PC/绒面AZO复合背反射电极。经优化后，在非晶硅电池背反射所需波长范围内（550-800 nm），1D PC/绒面AZO的平均反射率和绒度分别为90.4%和80.6%，优于随机绒面Ag/AZO的80.6%和47.8%。二是通过将1D PC直接沉积于绒面AZO模版上制备形成绒面PC结构。应用于电池时，与基于随机绒面Ag/AZO电池相比，上述两种基于1D PC的绒面背反射结构均能在不降低电池开路电压Voc和填充因子FF的情况下使电池短路电流密度Jsc和相对效率获得提升。 最后模拟和实验相结合，以单结n-i-p型非晶硅锗电池为原型，研究锥形2D PC在电池中的应用。首先基于波动光学理论，模拟研究了2D PC周期、纵横比等形貌参数对电池各膜层吸收的影响。研究表明，电池的本征吸收随着纵横比的增大先增大后减小，在1/2时达到峰值；随着周期的增大呈正弦变化，总体呈逐渐下降趋势，在周期为0.75μm时达到最大值。同时指出，电池的短波吸收和周期大小无关，纵横比增大时先上升，纵横比达到1/2后稳定；电池的长波吸收则和总吸收变化趋势类似。实验研究发现，将电池沉积于小周期衬底时会使电池表面平坦化，从而影响电池短波吸收。为了全谱域提升电池吸收，本文提出一种新型结构——周期调制复合PC，即在大周期的锥形PC衬底上利用加温溅射Ag的方法嵌入小周期，利用大周期实现保形生长，减小电池前表面反射，提高短波吸收；在电池背表面利用小周期增强衍射效果，提高电池长波吸收。应用于电池时，与基于不锈钢基底上的平面Ag/AZO电池和随机绒面Ag/AZO电池相比，Jsc分别提升5.8mA/cm2和3mA/cm2，相对提升39.5%和17.2%；绝对效率分别提升2.4%和1.3%，相对提升31.3%和14.6%。研究还发现，Ag的寄生吸收和2D PC的纵横比直接相关，纵横比越大，则寄生吸收越高。为了减小Ag的寄生吸收，本文提出一种由1D PC和表面的锥形 SiO2 PC复合形成的新型1D/2D复合PC，具有既容易保持1D PC的周期对称性，同时又能够采用各种类型的薄TCO膜作为背电流引出电极的优点。模拟研究表明，与最优结构的Ag/AZO锥形PC衬底电池相比，采用1D/2D复合PC能使Jsc继续提升1mA/cm2。 综上所述，本论文通过模拟和实验相结合的方法，系统研究了适用于硅基薄膜太阳电池背反射层的1D PC的优化设计，实现了具有高电导、高反射、高散射特性的基于1D PC的随机绒面背反射陷光结构，同时研究了2D PC取代随机绒面形貌在电池中的应用及陷光机制，有针对性的控制不同波长范围的光在电池中的传播行为，最终实现全谱域提升电池吸收。