近几年，全世界环境和能源问题日趋严重，太阳能光伏发电作为一种清洁能源越来越受到人们的重视。但是与传统化石能源相比，光伏发电的价格仍然较高，通过采用聚光技术，可以降低光伏发电系统中电池的使用量，还可以提高电池效率，从而可以降低光伏发电的成本。目前，聚光光伏系统主要采用Ⅲ-Ⅴ族多结电池，但是其价格昂贵，工艺复杂，所以，人们尝试将低成本，工艺简单的晶体硅电池用于聚光光伏。　　本文主要开展了晶体硅聚光电池的研究工作，在物理层面，计算了晶体硅电池聚光下的极限效率，对晶体硅电池聚光下的转换效率提升的制约因素进行了探讨;在器件层面，对两种重要的晶体硅聚光电池-平行单结电池和垂直多结电池的关键器件参数进行了非聚光和聚光下的优化，对其关键器件参数的影响机制进行了分析，重点讨论了串联电阻的影响，得到了上述两种电池的转换效率随聚光倍率的变化关系，制备了平行单结电池，对其进行了测试和分析。具体主要在以下三方面开展了工作:　　(1)我们利用解析模型计算了晶体硅电池聚光下的极限效率，发现在光线入射角度为90度的情况下，极限效率随聚光倍率的增加而增加，在最大聚光倍率46050个太阳下为35％。我们利用数值仿真的方法计算了晶体硅电池聚光下的极限效率，发现在考虑了基区电导率调控缺失效应之后，前结晶体硅电池的极限效率在聚光倍率达到10000个太阳之后趋于饱和，在46050个太阳下为34.4％。通过采用背结电池结构可以减弱基区电导率调控缺失效应的影响，其在46050个太阳下的极限效率增加至34.8％。通过将电池前表面的入射光线限制在一定角度之内，可以进一步提高电池的极限效率，当光线入射角度为5度，聚光倍率为349个太阳时，极限效率可以达到37％，为我们得到的晶体硅电池极限效率的上限。我们计算了电池的电极引起的串联电阻对极限效率的影响，发现由电极引起的串联电阻的最小值为电极的接触电阻率，该串联电阻使填充因子在聚光倍率大于1000个太阳之后开始明显下降，使极限效率在20000个太阳时达到最大的34.4％。　　(2)我们通过对平行单结电池的发射极制备工艺进行优化发现，通过将扩散温度从865度降低至835度并在扩散之后加入1050度60分钟热氧化过程，可以使电池的内量子效率的短波响应从0.43增加到0.82，使效率从11.2％增加到13.1％。少子寿命测试表明，上述工艺可使发射极饱和电流密度降至92.4 fA/cm2，使准开路电压达到0.65 V。我们利用TCAD软件的器件仿真模块对1个和100个太阳下，电池的前表面栅线间距进行了优化，发现最优栅线间距从1个太阳下的1600μm下降至100个太阳下的300μm。我们将发射极掺杂分布优化和栅线电极间距优化耦合在一起，对二者进行了1个和100个太阳下的优化，发现在100个太阳下，当栅线间距为300μm，835度扩散后1050度60分钟热氧化的高发射极方阻工艺制备的电池仍然接近最高效率。经过优化发射极掺杂分布和栅线间距，可以使平行单结电池的最高效率从1个太阳下的19.6％增加到50个太阳下的21.3％，但是由于串联电阻的限制，在200个太阳下，最高效率下降为20.3％。我们利用上述最佳发射极掺杂分布及栅线间距参数制备了平行单结电池，通过优化上述参数，其最高效率从1个太阳下的14.5％增加到10个太阳下的14.7％。　　(3)我们利用TCAD软件的器件仿真模块，对垂直多结电池的发射极，侧面场及前后表面掺杂分布，基区掺杂浓度，单元电池宽度及厚度进行了1个太阳和1000个太阳下的优化。发现对于两侧与金属电极直接接触的发射极和侧面场，都是表面掺杂浓度大于1×1019 cm-3，结深大于3μm的相对重的掺杂可以获得较高效率。在电池的前后表面增加N型或P+型掺杂，可以降低对垂直多结电池前后表面钝化质量的要求。对于两种类型的前表面掺杂，都是表面掺杂浓度小于1×1019 cm-3，结深小于1μm的相对轻的掺杂可以获得较高效率，前表面N型掺杂电池的串联电阻会因为其前表面发射极的二维效应而降低。对于两种类型的后表面掺杂，其掺杂分布对电池性能的影响很小。前表面N型和P+型掺杂电池分别在1个太阳和1000个太阳下具有最高效率。垂直多结电池效率随单元电池宽度的减小和厚度的增加而增加，当宽度小于150μm，厚度大于400μm，基区掺杂浓度在2×1016cm-3到4×1016cm-3之间时，垂直多结电池可以实现最高效率。通过上述器件优化过程，可以使垂直多结电池的最高效率从1个太阳下的22％增加至12500个太阳下的30.8％，但是由于串联电阻的限制，在20000个太阳下，最高效率下降为30.5％，所以垂直多结电池由于其低的串联电阻的特性在高倍聚光领域有很好的应用前景。