通过掺杂Rb有助于改善碱锑化合物光电阴极的光谱响应并降低热发射。为了从理论上研究K-Cs-Sb光电阴极材料中掺Rb的作用机理，采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，分别建立了K₂CsSb、K₂Cs_0.75Rb_0.25Sb、K₂Cs_0.5Rb_0.5Sb、K₂Cs_0.25Rb_0.75Sb、K₂RbSb 5种不同Cs/Rb比例（原子数分数之比）的K-Cs-Rb-Sb体模型以及相应的（111）表面模型，计算了其电子结构与光学性质。计算结果表明，对于不同Cs/Rb比例的K-Cs-Rb-Sb体模型，Rb掺杂对其光学性质的影响甚微。随着Rb/Cs比例的增加，体模型的形成能和形成焓以及表面模型的表面能变低，说明K-Cs-Rb-Sb化合物容易形成且稳定。此外，与传统的K₂CsSb相比，K₂Cs_0.25Rb_0.75Sb的功函数更大，电导率更大，同时又具有最小的禁带宽度和离化能，因此，Cs/Rb比例为1∶3的K-Cs-Rb-Sb阴极适合作为量子效率高、暗电流低且导电性好的光电发射材料。

为进一步提高GaN基发光二极管（LED）的光效，以改进电极结构为研究点，设计并制备了具有叉指型电极形状，并在P/N电极下刻蚀出电极孔的新型电极结构。该结构使金属电极在P/N电极孔处分别与ITO层和N-GaN层直接接触，进而提高了器件的电流扩展能力和发光效率。为了得到更优的电流阻挡层（CBL）结构、电极孔尺寸和电极孔间距，设计了7种不同的器件，并对其进行了光电性能测试。测试结果表明：在150 mA工作电流下，不连续CBL结构不能够有效改善LED的发光性能；P电极孔尺寸对器件的性能影响不大，当P电极孔间距由20 μm增大为30 μm时，外量子效率（EQE）和光电转换效率（WPE）分别提升了约5.0%和3.8%；当N电极孔尺寸由17 μm×5 μm减小为10 μm×5 μm时，EQE和WPE分别提升了约6.5%和3.0%；当N电极孔间距由45 μm减小为40 μm时，并未有效改善器件的发光性能。

本文采用脉冲激光沉积（PLD）法在单晶硅（111）和石英玻璃衬底上制备了Ga掺杂ZnO（GZO）纳米薄膜，研究了氧压强对薄膜质量和光电性质的影响。采用XRD和SEM对薄膜的晶体结构和表面形貌进行了表征，结果表明纳米薄膜的平均粒径尺寸可以通过调整氧压强来控制，当氧压强为0.01 Pa时，薄膜的结晶质量最好。PL谱分析结果表明，反应气氛中适量的氧气可以有效降低缺陷密度，实现对GZO薄膜发光性质的调控。透射光谱分析结果显示，GZO薄膜在400~800 nm的平均光学透过率超过85%，具有良好的透光性能。霍尔测试结果表明氧压强为0.01 Pa时，GZO薄膜的电阻率最低为2.77×10-4 Ω·cm，随着氧压强继续增加，薄膜的电阻率增加，载流子浓度和霍尔迁移率均降低。

二硒化铼(ReSe2)因具有较好的红外光响应和各向异性特性而成为近年来的研究热点。采用盐辅助化学气相沉积技术, 在SiO2/Si衬底上成功合成了大面积的单层ReSe2薄膜, 其尺寸达到80μm。采用拉曼光谱(Raman)、光致发光光谱(PL)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对制备的ReSe2薄膜样品进行了形貌、光谱、厚度和元素成分的表征, 结果表明所制备的ReSe2薄膜晶体质量高。基于单层ReSe2薄膜构筑了场效应晶体管, 系统研究了其光电特性, 结果显示器件的响应时间达毫秒级。

利用第一性原理赝势平面波方法计算了杂质 (X=C, Al) 掺杂新型二维材料磷烯的结构参数、能带结构、Mulliken 布居分析、差分电荷密度以及光学性质。结果表明杂质掺杂后磷烯材料的结构发生了畸变, 但是掺杂体系的结构是稳定的。C 掺杂后, 费米能级进入价带中, 带隙变窄, 变 为 0.826 eV 的直接带隙; Al 掺杂后, 体系变为间接带隙半导体, 带隙略有展宽, 带隙为 0.965 eV。 Mulliken 布居分析和差分电荷密度的分析都表明掺杂后体系的电荷分布发生了转移, C 原子附近出现了电荷积累, 而 Al 原子附近出现了电荷消耗。在 (1 0 0) 极化方向上的光学性质计算表明: 在红光及红外线的范围 内, C 掺杂后磷烯材料储存电磁能的能力有所减弱, 而 Al 掺杂后储存电磁能的能力有所增强; C 掺杂后折射率 n0 减小, Al 掺杂后折射率 n0 增大; 吸收系数和反射率峰值均降低; 掺杂前后磷烯材料都可作为光储存材料。以上结果说明采用不同杂质掺杂可以调制磷烯材料的光电性质。

采用磁控共溅射方法制备非晶硅银(a-Si∶Ag)薄膜,并对其进行飞秒激光辐照;采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、积分球、半导体性能测试仪等,对辐照前后薄膜的表面形貌、微观结构以及光电性能等进行表征。结果表明:当辐照能量为300 mJ/cm 2时,a-Si∶Ag薄膜表面无明显的刻蚀痕迹,薄膜中有纳米晶硅颗粒生成,薄膜中的Ag纳米晶长大;当辐照能量为600 mJ/cm 2时,薄膜表面出现明显的刻蚀痕迹,Ag纳米晶进一步长大,然而,产生的纳米晶硅颗粒的尺寸却没有变化;被飞秒激光辐照后,a-Si∶Ag薄膜比辐照前的电阻率更小,同时,薄膜对可见-近红外波段的入射光产生了反射减弱现象。研究结果对基于a-Si∶Ag薄膜的忆阻神经突触器件性能的改善具有积极意义。

ZnO是优异的紫外发光和激光材料, 氮被认为是p型ZnO和MgZnO的理想受主掺杂剂, 但在较低生长温度下氮的掺入会显著破坏晶格完整性, 使氧化锌的载流子迁移率进一步下降。为了研究N的掺入对MgZnO薄膜的影响, 利用分子束外延设备在蓝宝石衬底上生长了N掺杂的ZnO和MgZnO薄膜。实验结果表明, 在其他条件完全相同的情况下, 当Mg源温度为245 ℃和255 ℃时,载流子迁移率会显著提高, 这一现象被归结为Mg—N成键抑制了氧位上N—N对的形成, 缓解了晶格的扭曲。同时当Mg源温度为275 ℃时, 能够使N掺杂ZnO薄膜中的施主浓度降低一个量级, 有利于实现p型掺杂。

采用溶液旋涂方法将单壁碳纳米管与有机红光材料结合并制作出红光探测器, 研究了单壁碳纳米管对PBDTTT-F∶PCBM本体异质结活性层薄膜的影响机理及其红光探测器的光电特性.利用原子力显微镜, 荧光光谱和紫外-可见吸收光谱等方法对器件进行性能表征及优化.当单壁碳纳米管为最优掺入比1.5 wt%时, 在－1 V偏置电压时, 红光光照下该探测器响应度为535 mA/W, 比探测率达到3.8×1012 Jones, 外量子效率达到104%.结果表明, 将单壁碳纳米管与有机红光材料结合, 有利于提高有机共轭聚合物的聚集以及结晶度, 增强光吸收, 可为活性层提供高迁移率的电荷传导通道, 优化薄膜互穿网络形貌.同时, 利用碳纳米管的多激子产生效应, 使得有机光电探测器的光电性能大大改善, 外量子效率超过100%, 为无机-有机光电探测器的进一步开发提供参考.

势垒硅掺杂对InGaN量子阱中的电场及LED器件的光电性能有着重要的影响。采用6×6 K·P方法计算了不同势垒硅掺杂浓度对量子阱中电场的变化, 研究表明当势垒硅掺杂浓度＞1e18 cm-3时, 阱垒界面处的电场强度会变大, 这主要是由于硅掺杂浓度过高导致量子阱中界面电荷的聚集。进一步发现随着势垒掺杂浓度的升高, 总非辐射复合随之增加, 其中俄歇复合增加, 而肖克莱-霍尔-里德复合随之减少, 这是由于点陷阱的增大形成了缺陷能级。电流电压曲线表明势垒掺杂可有效改善GaN基LED的工作电压, 这归于掺杂浓度的提高改善了载流子的传输特性。当掺杂浓度为1e18 cm-3时, 获得了较高的内量子效率, 这主要是由于适当的势垒掺杂降低了量子阱中界面电荷的损耗。

基于第一性原理, 对不同P原子掺杂浓度的二维SiC的几何结构、电子结构和光学性质进行了研究。结果表明：随着P掺杂浓度的增加, P掺杂二维SiC的晶格常数变小, 带隙减小; 价带主要由C-2p, Si-3p和P-3p态电子杂化构成, 导带主要由Si-3p态电子构成。P削弱了C—Si键的共价性, 增加了离子性。P掺杂扩大了二维SiC的光吸收范围, 吸收系数和折射率随掺杂浓度的增加而增大, 表明P掺杂能有效提高二维SiC对可见光和红外光的吸收。