具有疏水特性结构的材料被广泛应用到需要具备自清洁、减阻等特性的光学、建筑以及交通等领域中。当具有亲水特性的单晶硅元件被制备成太阳能电池时,其表面总是会堆积灰尘,且由于装置问题,无法及时进行清理。因此,针对单晶硅表面开展具有自清洁功效的疏水特性问题研究对单晶硅在光学领域的应用具有重大意义。目前对于疏水结构的尺寸参量以及疏水性能之间的关联特性没有得到完善的研究。因此,本文针对单晶硅表面的疏水特性,从理论建模、数值分析、实验验证以及模拟仿真等方面进行了相关研究与讨论,得到了一系列具有指导意义、有价值的结论。首先,将吉布斯自由能与微结构参量值结合起来,针对单向阵列的光栅微结构以及双向阵列的方柱阵列结构,构建了与结构参量相关的完全浸润模型以及空气柱模型。特别地,针对光栅微结构的结构特性,从垂直于光栅结构和平行于光栅结构方向入手,分别针对这两个方向上构建了完全浸润模型和空气柱模型。通过对理论模型进行数值分析,发现结构参量对于疏水性能存在很大影响。其次,为了直观地研究并验证微结构形式及结构参量对于材料疏水性能的影响,利用构建的接触角理论预测模型,设计了合理的结构参量变化范围,并选用了能够精确、稳定地制备微结构的微铣削加工技术探究含有微结构的单晶硅的疏水性能。实验研究结果很好地验证了构建的理论模型的正确性与精确性,且空气柱理论预测模型更符合实际情况。基于理论与实验探究,得到具有双向阵列的结构能够实现更优的疏水性能,且凸台宽度越小,疏水性能越好,当凸台宽度取到60μm时,其接触角可以达到165.3°。最后,从微观角度入手,构建了含有微结构的单晶硅系统,对水分子在单晶硅表面的润湿性能进行模拟仿真,分析并探究微结构尺寸及形状对疏水性能的影响。发现纳米尺度上接触角的变化趋势与上述实验与理论探究得到的结论及变化趋势一致,进而从纳米尺度上验证宏观实验与理论计算得到结论的正确性。