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第一代硅太阳能电池是以高能耗、高污染为代价的生产加工方式来实现的。虽然具有高的效率,而在和传统化石类能源的市场竞争中处于劣势。主要原因在于发电成本太高。在保持效率的同时降低成本是太阳能电池是否取得市场竞争优势的关键。第二代太阳能电池致力于大规模生产,降低成本,薄膜化可以减少吸收层材料的使用量,降低成本的同时,又有利于光生载流子的分离与收集,提高光电转化效率。但第二代太阳能电池存在光吸收不足的问题;第三代太阳能电池主要是基于纳米结构太阳能电池,通过引入一些新的物理机制来实现太阳能转化效率的提高;采用低成本的加工手段或采用低品质的吸收层材料,使之纳米结构化等。太阳能电池由体材料、薄膜或超薄膜材料向纳米结构材料过渡的过程,正是大规模生产方式（roll-to-roll）逐渐实现,生产成本降低的过程。在这个过程中,存在许多问题需要解决。其中,与roll-to-roll大规模生产方式相匹配的可弯折透明导电电极的问题,新型薄膜材料的光吸收不足的问题是人们关注的热点。根据以上的问题,本论文做了以下三个方面的工作:1.针对铟锡氧化物（ITO）薄膜在roll-to-roll大规模生产方式应用中存在易碎性、在紫外/蓝色光谱范围的强吸收等缺点;我们特别研究设计了一种纳米结构金电极,其具有高透光、良好导电性、高功涵,良好的延展性,易于加工集成,和大批量生产方式的兼容性等优点。通过有限差分时域法,我们对金方形网孔电极的周期、线宽和高度对光学透过率的影响进行了全场模拟分析;根据优化的参数,采用电子束曝光方法制备了周期500 nm,高度50 nm,线宽60-100 nm的金网孔电极,在300到700 nm之间,金网孔电极测试的光学透过率约70%,700-1000 nm范围透过率超过80%。测试的光学透过率和计算结果一致。金纳米结构透明电极的光学透过率受到局域化表面等离子体共振吸收,表面等离子激元吸收,金反射等因素影响。测试的电阻率是商用ITO的两倍,约为74.5?/m2,远高于理论值,这主要和一些制备缺陷有关。本工作为金属透明电极的设计提供一些有益参考。2.面对新型薄膜太阳能电池的光吸收不足,特别设计了一种具有表面等离子体光吸收增强效应的银栅-超薄ITO复合上电极,用于超薄硅太阳能电池。二维十字型银栅网格被引入超薄铟锡氧化物中,超薄的铟锡氧化物薄膜主要起到收集光生电荷、减反射膜的作用,二维银栅扮演着电荷输运和光吸收增强的作用。有限时域差分模拟结果表明,优化的银栅-铟锡氧化物复合上电极太阳能电池获得61%的光吸收增强。超薄硅支持法布里-珀罗共振模,二维银栅引入了波导模、局域化表面等离子体共振模、表面等离子激元,多种效应种协同促进超薄硅的光吸收增强。3.背衬底金属纳米结构能够耦合垂直入射光进入横向传播的表面等离子激元模,从而实现光路径的增加及光吸收增强。本章设计了一种正六边形凸起金结构,采用电子束曝光的工艺流程制备了金结构阵列,并以此为结构化的背衬底,用以增强薄膜Cu2O-Zn O太阳能电池的光吸收。结果表明,引入凸起结构后造成了Cu2O-Zn O pn结界面质量变差,缺陷复合增多,增加反向饱和暗电流,导致开路电压降低;同时由于Cu2O的有效吸收范围小于650 nm,而纳米结构化背电极支持的表面等离子激元模不在此范围内,造成整个电池的短路电流没有提高。金属纳米结构的表面等离子体共振吸收增强的过程存在着欧姆吸收损失的特征,需要对结构进行合理的设计,才能实现光吸收增强及效率提高。本论文的创新点主要包括:针对当前新型薄膜太阳能电池所面临的问题,一是能够匹配大规模生产方式的柔性透明电极的设计和制备技术,二是新型薄膜电池不充分的光吸收。首先开展了金属纳米结构透明电极的理论计算模拟和实验研究,并在此基础上,通过理论计算模拟,设计了一种具有表面等离子体光吸收增强效应的银栅-ITO复合电极;采用电子束曝光的方法制备了正六边形凸起金属结构,研究了其在氧化亚铜太阳能电池中的表面等离子体光吸收增强作用。光学理论模拟和实验的结合,是本文的特色和创新点所在。