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GaAs系多结太阳能电池可以用多个不同的子电池吸收对应波段的太阳光，其光电转换效率远高于晶硅电池和薄膜电池。此外，由于该类型太阳能电池还具有温度系数小、衰减少等优点，其在高倍聚光光伏以及空间电源等领域有着非常重要的应用。而GaInNAs材料由于具有与GaAs系电池晶格匹配、带宽在1.0-1.4eV区间可调制、可使用金属有机化合物气相外延沉积设备MOCVD外延生长等特性，是新型多结太阳能电池的理想材料。采用GaInNAs材料的新型多结太阳能电池，其在聚光下和空间中的理论效率可分别高达50％和35％以上。但是，在实际GaInNAs多结电池的MOCVD生长中，受GaInNAs材料缺陷、电池结构设计不合理、MOCVD生长污染等限制，该类型多结电池的实际效率远低于理论值，阻碍了它的进一步发展和应用。本论文围绕如何在MOCVD外延生长设备下获得高效率GaInNAs多结电池这一研究问题，提出了基于1.25eVGaInNAs材料的三结电池及基于1.1eV GaInNAs材料的四结、五结电池设计。本论文还针对GaInNAs材料质量、GaInNAs子电池结构设计、基于GaInNAs的多结电池生长制备及光电特性等方面开展了研究，获得了以下研究成果: 1、制备得到了晶体质量改善的1.2eV及1.0eV带隙的GaInNAs材料。在本论文研究中，首先对MOCVD生长GaNAs、GaInNAs材料过程中N元素的掺入进行了研究，确认了生长温度、N/As比、生长速度、退火等因素对于材料中N掺入比例的影响规律。随后，在低N源流量的情况下，研究了In源流量、生长温度等因素对GaInNAs材料带隙的影响，并确定了1.25eV带隙GaInNAs材料的生长窗口。基于以上规律，本文通过进一步调节N源流量、生长温度及退火条件，获得了载流子迁移率优化的低带隙GaInNAs材料。此外，本文还研究了MOCVD控温模式、N源输运管道、不同生长气氛对于GaInNAs材料带隙和晶体质量的影响，并根据实验结果优化了MOCVD设备的软硬件设置。 2、获得了在680-1000nm波段外量子效率超80％的1.25eV带隙GaInNAs子电池。论文研究中通过优化温度条件改善了GaInNAs材料的光谱响应特性，并通过对1.25eV GaInNA子电池的退火条件、基区厚度、p-n结类型及掺杂等方面进行了改进和优化，使得1.25eV GaInNAs子电池在680-1000nm目标响应波段的峰值外量子效率超过了80％，初步满足了多结电池的要求。 3、在国际上首次提出并生长制备了转换效率达29.1％的GaInP/GaInNAs/Ge三结太阳能电池。在本论文研究中，通过对GaInP、Ge子电池进行软件建模和数值模拟，优化了这两个子电池的结构设计，并通过对GaInP有序度的研究确定了1.8eV GaInP顶电池的生长工艺窗口。将已获得的高质量1.25eV GaInNAs子电池与GaInP、Ge电池堆叠生长，在国际上首次制备出了在500倍聚光条件下转换效率达29.1％的GaInNAs三结太阳能电池。 4、获得了在880-1200nm波段峰值外量子效率超80％的1.1eV带隙GaInNAs子电池。通过改善退火温度和基区厚度，对1.1eV GaInNA的电池结构进行了优化。并通过引入同质结GaInNAs结构和梯度掺杂技术，使得MOCVD生长得到的GaInNAs子电池在880-1200nm目标响应波段的外量子效率峰值超过80％，为目前MOCVD所生长GaInNAs电池的最高效率报道。 5、在国际上首次通过MOCVD设备生长出转换效率超过30％的晶格匹配型GaInP/GaInAs/GaInNAs/Ge四结太阳能电池。本论文在GaInP、Ge子电池的模拟优化基础上，进一步对GaInAs电池进行了软件建模和参数优化;随后在MOCVD设备中将1.1eV带隙GaInNAs子电池与以上三个模拟优化后的子电池堆叠生长，制备出了在500倍聚光下转换效率达30.3％的GaInNAs四结电池，电池的开路电压达到了3.78V，积分电流密度为8.1mA/cm2，填充因子为79.8％。 6、在国际上首次通过MOCVD设备生长出AM0光谱下转换效率达29.6％的晶格匹配型AlGaInP/AlGaAs/GaAs/GaInNAs/Ge五结太阳能电池。电池的电压达到4.41V，积分电流密度为9.89mA/cm2，填充因子为80％。本文所获得的AMO光谱下29.6％的转换效率也是MOCVD所生长晶格匹配型四、五结电池中的最高效率报道。电池效率已经达到了卫星电源的应用要求并正在国内某卫星电源研制单位开展样品应用研究。