聚光系统的聚光效率和能量均匀性直接影响单位模组的发电效率。本文研究设计出高倍聚光模组系统, 该系统主要包括菲涅耳透镜和球冠平顶微棱镜。采用中心波长修正法进行菲涅耳透镜的设计, 并通过Zemax仿真模拟设计出球冠平顶微棱镜。最后通过Zemax模拟, 决定选取两侧面夹角α的角度为117°, 平顶到球面的间隔g为0.2 mm, 球冠平顶微棱镜的曲率半径R为10 mm。聚光系统整体的聚光效率达99.8%, 能量均匀度为0.812, 并进行实验验证, 得出实际聚光效率为83.1%。

研制了一款基于蓝光激光二极管的平板显示背光模组，该模组主要包括导光模块以及导光板两部分。研究过程中采用导光模块与导光板分开设计优化的方案，设计了传播过程中横向各部分规则分布、纵向各部分一致分布的一款导光模块以及出光分布均匀的导光板网点，并采用激光打点方式制作出导光板样品。理论模拟得到整个模组的照度均匀度可以达到89.02%，边角平均值可以达到102.74%。实验测量得到照度均匀度可达到79.61%，边角平均值可达到100.10%。该背光模组结构简单，可以为液晶显示提供背光照明。

针对二次聚光器结构复杂、加工工艺难度大、成本高的问题，结合实际工程应用，设计了应用于密集矩阵式聚光模组的二次微棱镜，用Solidworks建立了三维模型，借助Zemax光学模拟仿真手段，对二次微棱镜的倾角和高度等重要参数进行了优化仿真，结果表明当二次微棱镜高度为5 mm、上底面边长为7 mm、工作面倾角为67.38°时，太阳能电池接收的太阳辐射能量最大，达到最大值2.466 9 W，与不带二次微棱镜接收能量1.876 0 W相比，提高了31%，该二次微棱镜对提高聚光模组效率作用显著。

聚光光伏模组中，二次光学元件对增加太阳能电池接收到的入射光能量，提高聚焦光斑均匀性和增大菲涅耳透镜接收角具有重要作用。设计了一种用于聚光光伏模组的全反射式二次光学元件，用Solidworks软件建立了三维模型，结合实际工程应用，借助Zemax软件光学模拟仿真手段，对二次光学元件的倾角和高度等重要参数进行了优化。并制作了不同参数的二次光学元件，配合菲涅耳透镜、太阳能电池，搭建了实物聚光发电单元，在太阳模拟器下进行I-V 性能测试，结果表明当二次光学元件高度为6 mm，上圆直径为7 mm时，太阳能电池的输出功率达到最大值720 mW，与不加二次光学元件相比，输出功率提高了16%。说明该二次光学元件对提高聚光模组效率作用显著。

针对当前曲面菲涅尔透镜普遍存在的加工工艺复杂、面型精度难于控制、制作成本较高等问题，在研究非等厚型平板菲涅尔透镜设计方法的基础上，提出一种中心透镜为球面、外侧环带为倾斜面的等厚型平板菲涅尔透镜的设计方法，给出了具体的设计实例，并进行了建模和光学仿真，模拟结果表明: 该菲涅尔透镜设计的光学效率达到90.7%。