基于能带理论设计了一种用于红外高反射的新型一维光子晶体。根据麦克斯韦方程的传输矩阵计算基础，得到了布洛赫波与入射光频率的色散关系，并由此构建了光子晶体能带结构。入射光波在介电常数周期变化结构中的布里渊区边界多次反射后会形成驻波，从而产生光子禁带。叠加3~5 μm和8~12 μm两种周期结构的光子晶体可以使光子禁带拓宽2.2×10¹³ Hz。在此基础上，选用折射率色散小的材料体系Si/ZnO设计并制备了13层一维光子晶体，该晶体在3~5 μm和8~12 μm红外波段的平均反射率在91.3%以上。实验结果与仿真结果吻合，验证了模型和理论的高可靠性。

本文报道了同质外延生长氧化锌(ZnO)单晶在高温氧气气氛退火前后的结构及光电特性。利用化学气相输运(CVT)法生长了红棕色的ZnO单晶，且进行高温氧气气氛退火处理后的ZnO单晶呈现无色透明状。通过X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、能谱仪(EDS)和拉曼(Raman)光谱测试分析了高温氧气气氛退火前后的ZnO单晶结构，讨论了退火对单晶内部缺陷类型及结构的影响。XRD测试表明ZnO单晶的生长方向为(002)方向。退火前后ZnO单晶的ω摇摆曲线半高宽分别为59″和31″，表明退火后单晶内缺陷显著减少；XPS和EDS能谱分析了退火前后ZnO单晶的成分和元素价态，结果表明高温氧气气氛处理后单晶内Zn和O元素含量比更接近理论值；通过Raman光谱分析了高温氧气气氛处理前后ZnO单晶的不同拉曼振动模式；通过紫外光谱数据分析，得到了退火前后ZnO单晶的光学禁带宽度分别为3.05 eV和3.2 eV；最后，通过Hall测试分析了高温氧气气氛退火处理前后ZnO单晶的电学性能参数，并深入讨论了退火前后ZnO单晶的低温电输运特性。

利用化学气相传输法(CVT)制备了InSeI单晶。该晶体为黄色的针状物，晶体较脆。在室温下进行X射线衍射分析发现，其属于四方晶系，晶胞参数为a=b=1.864 3(5) nm，c=1.012 0(3) nm，V=3.517 2 nm3,空间群为I41/a。紫外可见光吸收光谱、光致发光光谱等结果显示该晶体的禁带宽度是2.48 eV，在一定波段光的激发下，InSeI单晶在600 nm左右有较宽的发射峰，表明该晶体的发光方式为缺陷态发光。介电温谱表明InSeI单晶在440 K时其四方相的结构发生了相变。

采用高温固相烧结法在1 300 ℃反应2 h成功制备出钙钛矿型LaFe0.75Cr0.25O3和La0.75Mg0.25Fe0.75-Cr0.25O3粉体材料。通过XRD、FT-IR、SEM、XPS和Upward IntegratIRTM等对材料的物相结构和近中红外波段的发射性能进行分析表征, 并应用第一性原理计算分析了其电子结构, 研究影响发射率的理论机制。研究表明,粉体在1～5 μm波段的发射率都出现上升, 但Cr单掺试样的吸收率增幅不大, 而Mg-Cr共掺粉体增幅较大, 在近红外波区的吸收率在0.9以上。究其原因在于, Cr单掺后晶体发生畸变, 但不增加自由载流子的浓度, Mg-Cr共掺后畸变加剧且生成较多氧空位和小极化子, 强化了自由载流子的吸收。Cr 3d轨道与O 2p所形成的杂化能级和在近费米能级导带区的Cr 3d轨道造成了粉体禁带宽度变窄, Mg虽然未直接作用于带隙值, 但间接改变了B位元素的形态, 产生了更多的小极化子, 因此与LaFeO3禁带宽度值(3.817 eV)相比, Mg-Cr共掺(0.109 eV)减小幅度最大, Cr单掺(2.406 eV)次之。

采用单靶磁控溅射方法在不同溅射时间下制备了铜铟镓硒薄膜,并且利用激光诱导击穿光谱技术实现对铜铟镓硒薄膜中元素含量比的快速定量分析。结果表明:随着溅射时间延长,Ga与(In+Ga)的谱线强度比值以及薄膜的禁带宽度同步变化,均呈先减小后增大的规律;铜铟镓硒薄膜的激光诱导击穿光谱图以及谱线分析、几种元素辐射强度比值的快速定量分析都表明,激光诱导击穿光谱技术能够间接地实现对铜铟镓硒薄膜中元素含量比的快速检测,能够在铜铟镓硒薄膜的性能分析以及制备参数优化方面发挥辅助作用。

为了实现对铜铟硒膜光电性能的调制处理, 在制备不同厚度铜铟硒膜的基础上, 通过引入离子注入设计了不同的膜层结构。测试结果表明, 随着退火温度、溅射功率的改变, 薄、厚二种铜铟硒膜层的禁带宽度、电阻率、拉曼光谱均发生变化, 且表现有所区别。对铜铟硒膜进行离子注入后发现, 黄铜矿结构对应的拉曼峰减弱甚至消失, 表面晶格损伤较大; 单注入铝离子使得电阻率及禁带宽度均增大, 而单注入钛离子增大了禁带宽度但降低了电阻率, 双注入铝离子与钛离子则可以在较大范围内对电阻率、禁带宽度进行调制。

铜铟镓硒薄膜中4种元素的含量比对薄膜的性能有非常大的影响。采用磁控溅射方法在不同工作气压下制备了铜铟镓硒薄膜,利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术实现了铜铟镓硒薄膜中Ga含量与(In+Ga)含量之比以及Cu含量与(In+Ga)含量之比的定量分析。分析了不同工作气压下制备的铜铟镓硒薄膜中元素谱线的强度,结果表明:I_Ga/I_(In+Ga)与薄膜的禁带宽度是对应的,均随工作气压的增加而先增大后减小,当工作气压为2.0 Pa时,获得了最大的薄膜禁带宽度;I_Cu/I_(In+Ga)与能谱仪测得的浓度变化一致。LIBS技术能够实现薄膜中元素含量比例的快速检测,不同元素谱线强度的相对比值能够间接反映薄膜中元素含量的比值,验证了LIBS技术在薄膜分析方面的潜力,为优化磁控溅射制备铜铟镓硒薄膜的工作参数提供了方法和技术支持。

过渡金属硫化物黄铁矿是一种优异的光伏材料, 掺杂改性是提高黄铁矿光伏性能的一种重要手段。 为了探究不同Co掺杂量对黄铁矿的晶体结构和吸光性能的影响, 采用热硫化法在360℃时制备出了纳-微米黄铁矿样品。 利用Ｘ射线衍射(XRD)和多功能场发射扫描式电子显微镜(FESEM)分析了样品的晶体结构、 形貌特征和晶粒尺寸; 利用能谱仪(EDS)分析了样品的化学成分, 并通过紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)表征了样品的光吸收性能和禁带宽度的变化。 结果表明, 掺Co并未改变黄铁矿的立方晶型结构, 但与未掺杂黄铁矿相比, 样品结晶度变差, 晶粒发生团聚, 尺寸在1～1.45 μm范围内; 掺Co量的增加会导致晶粒尺度略微减小, 但影响不大。 EDS检测表明, 实际样品的掺杂并不均匀, 当掺Co量小于7 at%时, 测试值小于名义掺杂量; 而当掺Co量大于7 at%时, Co易发生富集。 S/(Fe+Co)的比值在1.92～2.05范围内, 表明样品内部的点缺陷数量的变化。 反射光谱表明制备样品的禁带宽度Eg在0.57～0.72 eV之间。 禁带宽度Eg随着掺杂量的增加, 呈现出先减小(Co 3 at%)后增加(Co 5～9 at%)的趋势。 掺Co量从0%增加3 at%时, 样品内部产生的点缺陷数目增多, 形成的附加能级会导致禁带宽度Eg窄化; 随着掺Co量进一步增加, S/(Fe+Co)比值更接近于2, 晶体结构更趋完善, Fe空位或S间隙点缺陷比率降低, 禁带宽度Eg趋近于本征特征, 会导致禁带宽度Eg宽化; 另外, 随着Co含量的提高, 物相中微量的CoS2相增多, 亦会导致较高掺Co量样品的禁带宽度有所宽化。 掺Co量在9 at%的样品的禁带宽度为0.72 eV, 大于同温度条件下未掺杂样品的禁带宽度0.65 eV, 禁带宽度的宽化在理论上有利于提高样品的光电转换效率。

主要研究了离子束溅射制备的氧化钽薄膜在大气氛围下热处理对其光学特性的影响规律。实验中热处理温度范围的选择为150~550 ℃, 间隔为200 ℃。研究中分别采用介电常数的Cody-Lorentz色散模型和振子模型对氧化钽薄膜的能带特性(1~4 eV)和红外波段(400~4 000 cm-1)的微结构振动特性进行了表征。研究结果表明, 在150 ℃和350 ℃之间出现热处理温度转折点, 即热处理温度高于此值时消光系数增加。Urbach能量的变化与消光系数趋势相同, 而禁带宽度的变化与消光系数恰好相反。通过红外微结构振动特性分析, 薄膜中仍存在亚氧化物的化学计量缺陷。