亚波长光栅作为表面微纳结构在通信和能源领域等方面有着重要应用。亚波长光栅的结构特点主要有周期性、非周期性和准周期性。将这些不同结构特性的亚波长光栅应用于薄膜太阳能电池表面具有各自的优缺点,周期性光栅设计简单,但是存在光吸收角度带宽较窄等问题;非周期能改善角度带宽问题,但是吸收效率低;准周期光栅能获得周期光栅和非周期光栅的优点,但是缺少系统的设计方法造成应用受限。为了设计准周期结构光栅,首先需要设计性能优异的周期光栅。因此,本文提出了一种二维螺旋结构光栅用于增强薄膜太阳能电池光吸收,以及准周期光栅的设计方法。本文的工作主要体现在以下两个方面。(1)设计了一种二维螺旋结构光栅用于增强薄膜太阳能电池光吸收。利用仿生学思想,将具有光吸收稳定性和高吸收效率的植物螺旋叶序与平板光栅相结合,简化得到一种二维螺旋光栅。利用严格耦合波分析法,研究了螺旋光栅结构光吸收稳定性,主要包括结构稳定性和角度稳定性。当螺旋光栅结构参数偏离最优螺旋结构参数15%时,螺旋结构光栅吸收仅仅下降了4.84%;当入射光以平均偏振态和入射角度为-70°到70°变化时,与最优螺旋结构光栅对比,螺旋结构光栅的吸收下降了17.86%。此外,研究了螺旋结构光栅的高吸收效率,最优螺旋结构光栅比平板光栅的吸收增强了73.89%。由仿真结果表明,螺旋结构光栅太阳能电池继承了植物螺旋叶序的光吸收稳定性和高吸收效率等方面优异的光学性能。(2)准周期光栅的设计方法。通过分析有序结构、无序结构和准周期结构的各自光学性能差异,并且汲取这三种光栅的优点,得到了三种设计无序子结构长周期光栅的方法。利用编码和随机函数,将有序的长周期结构光栅与随机的无序子结构光栅相结合形成准周期结构光栅,此设计方法使得准周期结构光栅不仅能获得有序结构光栅设计简单和制作成熟等优点,还能获得无序光栅在角度、带宽和偏振态等方面优异的光学性能,形成了一种新型的无序子结构长周期光栅的设计方法。