在蓝宝石基底上外延生长了多层结构氮化镓光阴极薄膜材料并进行表面光电压测试；对比分析了掺杂类型、厚度和掺杂方式对氮化镓材料表面光电压的影响，确定了多层结构氮化镓材料表面光电压产生机理；借助亚带隙激光辅助，针对均匀掺杂和 .-掺杂氮化镓（ GaN）光电阴极薄膜材料进行了表面光电压测试；实验数据表明，相较于均匀掺杂， .-掺杂可以获得更好生长质量，但也提高了在能级(Ev＋0.65)eV~(Ev＋1.07)eV范围的缺陷态密度。

采用溶液生成法制备了有机铅卤化钙钛矿(CH3NH3PbI3)晶体粉末, 并以过量的PbI2对其进行掺杂, 采用X射线衍射谱(XRD)技术研究了掺杂前后样品的晶体结构变化。表面光电压谱(SPS)和相位谱(PS)显示掺杂前后的CH3NH3PbI3均为p型半导体, 但后者有更强的光伏响应。场诱导表面光电压谱(FISPS)表明: 当加正电场时, 掺杂前后的CH3NH3PbI3均表现为p型半导体的载流子特性, 当加负偏压时掺杂后的CH3NH3PbI3易形成反型层, 出现光伏反转, 且外加负偏压越大, 光伏反转区域越大, 表现出双极导电特性。

在酸性溶液中利用恒电位沉积法在导电玻璃(ITO)上沉积Cu2O薄膜，并以KCl为添加剂对其进行掺杂，采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射谱(XRD)等手段研究了氯掺杂对Cu2O表面形貌和晶体结构的影响。紫外-可见吸收光光谱确定得到的Cu2O和Cl掺杂Cu2O(Cu2O-Cl)样品的禁带宽度分别为1.98和1.95eV。根据表面光电压谱和相位谱，掺杂前后的Cu2O均为n型，Cu2O-Cl有更强的表面光电压响应。场诱导表面光电压谱结果表明未掺杂Cl的Cu2O在加负偏压时易形成反型层；氯离子的掺杂引入杂质能级可以提高n型导电性。光电化学性能测试发现，以Cu2O、Cu2O-Cl为光阳极组成的光化学太阳电池，在大气质量AM 1.5G、100mW/cm2标准光强作用下光电转换效率分别为0.12%和0.51%。

结合水热法和阳极氧化法合成了Sb2S3/TiO2纳米管异质结阵列, 采用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射谱表征了异质结阵列的形貌和晶体结构。暗态下的电流-电压曲线表明Sb2S3/TiO2纳米管异质结阵列具有整流效应。相比于纯的TiO2纳米管阵列, Sb2S3/TiO2纳米管异质结阵列的光电性能有了显著的提升:在AM 1.5标准光强作用下, 光电转换效率从0.07%增长到0.40%, 表面光电压响应范围从紫外光区拓宽至可见光区。结合表面光电压谱和相位谱, 分析了Sb2S3/TiO2纳米管异质结阵列中光生载流子的分离和传输性能。

通过求解一维稳态少子扩散方程,推导了含有后界面复合速率和发射层厚度的透射式GaAs光电阴极表面光电压谱理论方程.通过对发射层厚度分别为1.6 μm和2.0 μm,掺杂浓度为1×1019 cm－3的GaAs透射式阴极样品测试,理论曲线和实验曲线基本一致.通过引入表面光电压谱积分灵敏度公式,仿真探讨了表面光电压谱在一定体材料参量条件下,积分灵敏度受发射层厚度的影响；发现在体材料参量一定条件下,透射式GaAs光电阴极具有最佳厚度,同时最佳厚度受后界面复合速率的影响更大,同时GaAlAs窗口层也能很好降低发射层后界面复合速率.

通过求解一维稳态少数载流子扩散方程，推导了指数掺杂和均匀掺杂的透射式GaAs光电阴极表面光电压谱理论方程。利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延生长了发射层厚度相同、掺杂结构不同的两款透射式阴极材料。通过表面光电压谱实验测试和理论拟合发现指数掺杂结构在发射层厚度和后界面复合速率相同的情况下能够有效提高阴极电子扩散长度，这主要由于内建电场能够促使光生电子通过扩散和电场漂移两种方式向表面运动，从而最终提升阴极的发射效率和表面光电压谱。利用能带计算公式和电子散射理论对这两种不同结构材料的表面光电压谱进行了详细分析。