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随着能源短缺和环境污染日益严重，太阳能电池的应用成为目前解决该问题的主要途径之一。为了与常规能源竞争，高效率、低成本的太阳能电池始终是人们研究的目标。由于单结太阳能电池效率低，而叠层电池结构能更充分的利用太阳光谱，因而越来越受到人们的关注。 目前高效率的叠层电池多是以与Ⅲ-Ⅴ族半导体材料晶格匹配的Ge为衬底，如GaInP/GaAs/Ge。然而相比于Ge而言，Si有着更多的优势:它工艺成熟、重量轻、热导率大、原材料成本低、资源丰富，且Si作为底电池有更高的开路电压。因此，Si基Ⅲ-Ⅴ族叠层电池结构可以以更低廉的成本获得高的转换效率。本论文正是基于这一点开展了对Si基高效Ⅲ-Ⅴ族叠层电池结构的研究。 为了减小Si与GaAs之间由于晶格失配而导致的位错密度和缺陷，本文提出将窄带隙的Ge作为连接Si电池和GaAs电池的隧穿结，并从理论上验证了这种结构的可行性。论文的主要工作包括: 1.基于太阳能电池基本原理，模拟了p/n结构的单结Si电池，优化了Si电池结构参数，讨论了基区掺杂浓度对电池性能的影响;模拟了AlGaAs和GaInP窗口层对GaAs太阳能电池效率以及外量子效率的影响; 2.模拟了掺杂浓度对Ge隧穿结和GaAs隧穿结峰值隧穿电流的影响，峰值隧穿电流随掺杂浓度的增大而增大，当掺杂浓度为3e19/cm3时，Ge的峰值隧穿电流达到1000A/cm2，是GaAs的5倍左右; 3.分别模拟了GaAs/Si和GaInP/GaAs叠层电池，通过优化顶电池的厚度使子电池达到电流匹配;并对GaInP/GaAs/Si三结叠层电池效率做了计算，在AM1.5G，300K条件下，其效率达43.39％，从理论上证实了这种结构的高效性和可行性。最后模拟并讨论了高温条件对电池开路电压的影响，并通过增加Si底电池发射区掺杂浓度或增加GaxIn1-xP顶电池中Ga的摩尔组分对其高温特性进行了改善。