一种基于图形化锗衬底的三结太阳能电池及其制备方法，属于半导体材料技术领域。先将图形化Ge衬底通过扩散形成Ge底电池；然后在衬底图形上直接生长大失配In_xGa_1-xAs中电池；最后生长与中电池晶格匹配的顶电池In_yGa_1-yP。采用上述结构的太阳能电池，从太阳光谱和带隙的角度看上，底电池、中电池和顶电池电流比较接近，光源利用率比一般带隙不匹配的三节电池高很多，能显著提高太阳能电池效率。同时从晶格常数匹配的角度看，采用图形化的衬底，解决了带隙匹配的材料晶格失配带来的材料生长难题。