为探究不同铟(In)组分InxGa1-xN势垒对绿光激光二极管光电性能的影响，本文采用SiLENSe(simulator of light emitters based on nitride semiconductors)仿真软件对一系列具有不同In组分InxGa1-xN势垒的激光二极管进行研究，结果发现InxGa1-xN势垒中In组分最佳值为3%，此时结构的斜率效率最高，内部光学损耗最低，光学限制因子最大，性能最优。在具有In0.03Ga0.97N势垒的多量子阱结构基础上，设计了一种组分阶梯(composition step-graded， CSG)InGaN势垒多量子阱结构，提高了激光二极管的斜率效率和电光转换效率，增加了光场限制能力。仿真结果表明，当注入电流为120 mA时，具有CSG InGaN势垒的多量子阱结构，电光转换效率从17.7%提高至19.9%，斜率效率从1.09 mW/mA增加到1.14 mW/mA，光学限制因子从1.58%增加到1.62%。本文的研究为制备高功率GaN基绿光激光二极管提供了理论指导和数据支撑。

本文使用气相输运沉积的方式制备了硒化锑(Sb2Se3)薄膜太阳电池, 并采用氯化铯(CsCl2)溶液对器件上界面进行处理, 同时对薄膜和器件进行了一系列表征。研究发现, CsCl2溶液的背接触处理不仅可以提高器件的载流子收集以及降低上界面复合, 还可以优化薄膜的结晶性、表面粗糙度和光电性能。基于FTO/CdS/Sb2Se3/CsCl2/Au的器件结构, 得到了转换效率为6.32%的高效Sb2Se3薄膜太阳电池, 比基础器件效率提升了12%。本文的工作对Sb2Se3薄膜太阳电池未来的研究有一定的指导作用, 其他同类型半导体光伏器件也可借鉴。

全无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其优异的光电转换效率和高的环境稳定性而被广大学者关注，但Pb元素的使用对环境危害较大限制了其进一步应用。尽管科研人员目前在努力寻找一种危害较小的元素替代铅，但无铅钙钛矿仍然比含铅钙钛矿更易分解，性能也更低。本文采用Sn部分取代Pb制备得到全无机锡铅混合钙钛矿薄膜，并通过添加一定量的水杨酸从而抑制Sn2+氧化为Sn4+，达到稳定相态提升电池光电转换效率的目的。结果表明随着水杨酸的添加量由2 mg·mL-1增加至6 mg·mL-1，器件的光电转换效率先增大后降低。通过SEM、XRD、XPS等测试结果发现，当添加量为4 mg·mL-1时，薄膜相稳定性最好，与不添加水杨酸的器件相比，其短路电流密度(Jsc)从14.7 mA·cm-2显著提高至15.1 mA·cm-2，光电转换效率由5.8%提高至6.5%。此外，最优器件在空气环境中存放5 d后，初始光电转换效率仍可保持原有效率的50％，进一步表明水杨酸的添加对锡铅混合钙钛矿相稳定性的提升具有一定的促进作用。

采用SiLENSe(Simulator of light emitters based on nitride semiconductors)软件仿真研究了AlxInyGa1-x-yN电子阻挡层(EBL)Al组分渐变方式对GaN基激光二极管(LD)光电性能的影响, 实现了提高输出功率和电光转换效率的目的。文中提出的四种Al组分渐变方式分别是传统均匀组分、右阶梯渐变组分(0~0.07~0.16)、三角形渐变组分(0~0.16~0)、左阶梯渐变组分(0.16~0.07~0)。结果表明, 与传统均匀组分EBL结构相比, Al组分阶梯渐变AlxInyGa1-x-yN EBL LD导带底的电子势垒显著提高, 价带顶的空穴势垒降低。这主要是由于该结构能有效抑制电子泄漏和提高空穴注入效率, 从而提高有源区载流子浓度, 进而提高有源区辐射复合效率。当注入电流为0.48 A时, 采用Al组分阶梯渐变AlxInyGa1-x-yN EBL结构能将器件开启电压从5.1 V降至4.9 V, 光学损耗从3.4 cm-1降至3.29 cm-1, 从而使光输出功率从335 mW提高至352 mW, 电光转换效率从12.5%提高至13.4%。此外, 讨论了Al组分阶梯渐变EBL结构对GaN基蓝光LD光电性能的影响机制。该结构设计将为外延生长高功率GaN基LD提供实验数据和理论支撑。

采用第一性原理与蒙特卡罗方法研究TiCl4气体分子填充扶手椅型碳纳米管的吸附性能与光电性质，结果表明：扶手椅型碳纳米管对TiCl4气体分子具有较强的物理吸附作用，研究构型的吸附能绝对值均超过0.9 eV，是TiCl4气体分子理想的填充载体，随碳纳米管管径的增大，吸附能先增大后减小；温度升高不利于TiCl4气体分子吸附，气体逸度增加有利于吸附，TiCl4气体分子填充扶手椅型碳纳米管宜将温度维持在TiCl4沸点附近，并增加气体的压力；TiCl4的吸附对碳纳米管的电子结构进行了调控，使费米能级附近的态密度显著提高，使复合物的导电性增强，对赝能隙的大小没有明显影响，峰位仍由碳纳米管自身决定；TiCl4的吸附对体系的光学参数影响有限，在增强复合物导电性的同时未使可见光区域吸收率、反射率、损失函数数值增大，可有效提升透明导电薄膜的性能。

金属卤素钙钛矿材料作为一种新型的半导体材料，因具有吸收截面大、载流子扩散长度较长、发光量子效率高、色纯度高以及发光波长可调等优势，在照明显示、太阳能电池、光电探测和生物成像等光电领域展现出广阔的应用前景。然而，钙钛矿材料仍然存在一些阻碍其在实际中应用的问题，比如：蓝光钙钛矿量子点的发光效率较低，红光钙钛矿的稳定性较差，Pb²⁺离子具有一定毒性。掺杂钙钛矿材料可以在一定程度上解决这些问题，同时可以提高其光学/电学性能。本文系统介绍了掺杂钙钛矿材料的合成，A位、B位以及X位离子掺杂或取代对金属卤化物钙钛矿光电性能和稳定性的影响，并对掺杂钙钛矿材料的应用进行了综述。

针对航天用三结砷化镓太阳电池的光电性能测量,介绍了太阳模拟器法和高空气球法两种方法。阐述了太阳模拟器法的测量原理和关键量值的溯源路径,基于双光源稳态太阳模拟器和光谱失配分析技术,对航天用三结砷化镓太阳电池的光电性能进行了测量,获得了短路电流、开路电压和最大发电功率等关键参数及相应的温度系数。介绍了高空气球法测量技术,高空氦气球将三结砷化镓太阳电池搭载至海拔35 km以上的高空中,在高空自然太阳光下进行光电性能测量,采集了伏安特性数据及实时温度数据。对高空自然太阳光条件下测得的数据执行温度修正后,与地面太阳模拟器法所得的数据进行对比。结果显示,两种测量方法在短路电流、开路电压和最大发电功率上的最大相对偏差分别为2.61%、2.13%和1.63%,结果具有较好的一致性。

采用射频磁控溅射技术和热退火技术在石英衬底上制备了微晶态Ga2O3薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、紫外-可见-红外分光光度计(UV-Vis-IR)以及X射线光电子能谱仪(XPS)等手段对薄膜结构、光学特性以及化学组分进行了系统研究。结果表明，制备的Ga2O3薄膜呈非晶态，退火处理后，薄膜由非晶态转变为含β相Ga2O3的微晶薄膜，随退火温度升高，薄膜内部微晶成分不断增加，但最终在石英衬底上制备的薄膜并未全部转换成全晶态薄膜(β-Ga2O3)。基于非晶和微晶Ga2O3薄膜制备了金属-半导体-金属(MSM)结构的日盲深紫外探测器，发现非晶Ga2O3薄膜基器件表现出更高的光响应，而微晶Ga2O3薄膜基器件则具有更低的暗电流和更快的响应速度。

基于半导体制造工艺, 制备了尺寸为50μm×80μm的蓝光氮化镓(GaN)基Micro-LED芯片。芯片的正向导通电压在2.55V左右; 测试了10颗LED芯片在1mA注入电流下的电压值, 得到的最大值和最小值分别为3.24和3.12V, 波动幅度在4%以内。在1mA的测试电流下, 测试芯片的EL光谱峰值波长和半高宽分别为453和14.4nm, 芯片的外量子效率可达12.38%, 芯片发光均匀且亮度很大。测试结果表明, 所制备的Micro-LED芯片具有优异的光电性能。此外, 通过激光剥离技术, 实现了Micro-LED芯片的转移。研究了激光剥离工艺对Micro-LED芯片光电性能的影响, 发现在优化的工艺条件下, 激光剥离对芯片的光电性能几乎无影响。这些结果有助于小间距微尺寸LED芯片阵列及显示技术的研究。