太阳能是一种能供人类大规模利用的可再生能源。目前商用的太阳能电池主要为硅基太阳能电池。然而,硅基光伏器件现在面临的主要挑战是硅材料对于太阳光来说不是强吸收体,提高硅吸收层的光吸收是实现高效率硅基太阳能电池的关键。电介质亚波长结构具有特殊的光学特性,通过局部共振模式和波导共振模式将太阳光耦合到光伏器件的活性区,从而提高太阳能的利用率,因此在硅上表面制备基于电介质材料的亚波长结构成为当前的研究热点。本文利用基于有限元分析的Comsol Multiphysics耦合软件仿真计算了二氧化钛（TiO₂）球形纳结构阵列对于太阳能电池性能的影响,然后利用Matlab编程软件对仿真数据进行后处理,得到理想光电转换效率。并依据仿真设计优化结果,制备了具有TiO₂球形纳结构阵列的硅基太阳能电池,并对其进行光伏性能的测试。首先,介绍了纳结构陷光增效的基本原理,提出球形纳结构阵列设计的基本设想,并确定以TiO₂为纳米球材料,为后续的TiO₂球形纳结构阵列的硅基太阳能电池制备进行指导。其次,利用Comsol Multiphysics多物理场仿真软件以单晶硅为衬底,在硅上表面设计排布了不同直径、直径间距比、超半球形TiO₂纳米球阵列的模型,计算AM1.5光源下,模型的反射率、透射率、吸收率等指标,然后基于计算得到的吸收率数据,利用Matlab软件编程计算了上述结构的光电转换效率,并与无陷光结构的硅基太阳能电池作比较。再次,利用溶胶-凝胶法制备了TiO₂纳米球,通过调整钛酸四丁酯在乙二醇中的含量、前驱体和丙酮的比例、陈化时间等,制备出分散性良好,粒径均一的TiO₂纳米球。最后,通过油水自组装的方法将制备好的TiO₂纳米球排布于晶硅太阳能电池表面,制备出基于TiO₂球形纳结构阵列的晶硅太阳能电池并对其电池性能进行测试。