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Ⅲ-Ⅴ化合物半导体多结太阳电池可以通过合理的带隙组合设计对太阳光谱进行分段吸收从而实现更高的转换效率。随着材料质量的不断提高和器件结构设计的不断优化，Ⅲ-Ⅴ化合物半导体多结太阳电池的效率也在不断提高。目前三结太阳电池的效率已接近其理论极限。寻求更多结合理的带隙组合是进一步提高电池效率的有效途径。为了获得更高的电池效率，材料的完美的晶格匹配生长和多结结构的光电流匹配是关键。然而，同时满足这两个条件是非常困难的。而采用直接生长多结电池由于品格失配而产生的失配位错则会严重影响电池性能。本文通过室温晶片键合的方法将GaAs衬底上的GaInP/GaAs双结电池和InP衬底上的InGaAsP/InGaAs双结电池键合成一单片集成四结太阳电池，有效解决了晶格失配的问题，实现了聚光下大于42％的电池效率。通过分子束外延(MBE)方法进行材料生长;基于降低串联电阻的目的，研究了GaInP和GaAs单结电池的中界面对电池性能的影响;优化了四结键合电池中的电流匹配设计;并为实现高效抗辐照GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结电池做了初步探索。主要研究成果如下: 1.通过时间分辨发光(TRPL)和温度依赖的电流电压特性研究了MBE生长的不同背场(BSF) GaInP电池中的光学性质和载流子输运特性。由于其较低的界面复合GaInP/AlInP异质结比GaInP/AlGaInP异质结界面的TRPL衰减时间更长;然而，在GaInP电池中，GaInP/AlInP-BSF界面更大的价带带阶在界面处形成较大的势垒，引起串联电阻的增加，阻碍电池效率的提高。P+-AlInP做背场的GaInP电池在低温时Ⅰ-Ⅴ曲线呈现S型是由于大的界面势垒阻碍了多数载流子的输运。基区和BSF之间的势垒引起的串联电阻对电池性能有非常重要的影响。 2.在MBE中用固态Te源做AlInP材料的n型掺杂剂，生长高掺杂浓度的n-AlInP，并探索Te高掺杂的n-AlInP做电池窗口层的优势。n-AlInP的载流子浓度随Te源平衡饱和蒸汽压的增加成比例增加，掺杂浓度高达1×1019cm-3。由于Te原子的表面活性剂作用，与不掺杂的AlInP相比，在一定掺杂范围内，Te的并入会使表面粗糙度降低，进一步增加Te的流量，表面粗糙度则会增加;对于同样的In和Al的流量，Te的并入会导致In组分的增加，但是对合金有序度并没有影响。此外，基于良好的材料生长的基础，用高掺杂的AlInP∶Te在聚光电池中做窗口层。与AlInP∶Si做窗口层的电池相比，用高掺杂的AlInP∶Te做窗口层的电池效率更高，而且在聚光下，其效率延迟下降。这主要因为Te高掺杂的材料有效较低了横向扩展电阻。 3.采用MBE在GaAs衬底和InP衬底分别生长GaInP/GaAs和InGaAsP/InGaAs双结电池。通过室温直接晶片键合的方式将二者集成成一单片GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结太阳电池。键合界面清晰，并且具有较低的电阻和较高的透光率。通过计算和实验确立各子电池的基区厚度和电流密度的关系，以实现四结电池中各子电池间的电流匹配。GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结键合电池在230倍聚光下实现大于42％的效率。 4.为实现空间应用，研究了1-MeV的电子辐照对GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结键合电池的影响。电池性能的降低主要受开路电压的影响。光谱响应结果表明，电流密度的降低主要来源于InGaAsP和InGaAs子电池。分别对GaAs，InGaAsP和InGaAs单结电池做1-MeV的电子辐照实验。结果表明四结电池中GaAs子电池的电流密度几乎不受辐照影响的主要原因是由于其较薄的基区厚度。而辐照后四结电池开路电压的降低主要来自InGaAsP和InGaAs子电池开路电压的降低而不是键合界面。这项工作表明，室温晶片键合技术具有很大潜力应用在空间四结甚至更多结电池上。