钙钛矿太阳能电池材料因其低成本及优异的光电物理性能受到光伏领域的极大青睐。在双源蒸镀法制备钙钛矿光吸收层过程中，钙钛矿薄膜长期面临生长机制不明、结晶质量较差的问题，严重影响钙钛矿薄膜光吸收性质、载流子寿命等重要参量，阻碍了气相沉积钙钛矿太阳能电池器件效率的提升。利用不同大半径有机阳离子设计准二维（2D）钙钛矿材料，在钙钛矿/空穴传输层界面构筑准2D钙钛矿缓冲层模板，调控气相蒸镀钙钛矿的晶体生长过程，获得了垂直生长的柱状钙钛矿晶粒，显著提升了钙钛矿层光吸收性能与载流子寿命，实现了钙钛矿太阳能电池效率从16.21%到19.55%的提升。上述结果为气相蒸镀实现优异光电性能的钙钛矿薄膜及光伏器件提供了有价值的参考。

层状二维过渡金属硫属化合物是一类重要的二维层状半导体材料。其中MoTe2因其具有较小的禁带宽度和较高的载流子迁移率而备受关注。应用光泵浦-宽谱太赫兹时域光谱系统研究了少层MoTe2薄膜材料的宽谱太赫兹透射谱、光生载流子在皮秒尺度上的动力学过程及其光电导率的变化。应用空气等离子体产生宽谱太赫兹辐射并利用磷化镓晶体探测的方法测量了谱宽在0.2~7.2 THz范围内少层MoTe2薄膜的透过谱, 发现其在3.6、4.6、6.4以及7 THz处存在吸收峰。应用800 nm脉冲光激发少层MoTe2薄膜, 并测量其在皮秒时间尺度上的太赫兹光谱, 得到少层MoTe2薄膜中光生载流子寿命约为1.6 ps。在此基础上进一步研究了不同泵浦-探测时间差下光电导率变化量的实部和虚部。发现随着延迟时间的增加, 电导率变化量实部由约600 Ω-1cm-1到300 Ω-1cm-1逐渐降低, 虚部值约为200 Ω-1cm-1并不随泵浦-探测时间差而明显改变, 这一结果表明少层MoTe2薄膜具有较高的电导率及较长的激子寿命。给出了少层MoTe2薄膜在0.2~7.2 THz波段的吸收谱、光生载流子演化过程及寿命以及少层MoTe2材料光电导率变化量等物理参数, 对设计基于少层MoTe2材料的新型光电器件提供了参考。

利用脉冲触发信号在半导体中产生非平衡态载流子的方式，提出一种使用太赫兹连续源和超快速响应探头测量半导体少数载流子寿命的方法，用于表征半导体的瞬态载流子动力学过程。根据上述设计原理及思路，以泵浦光作为周期性激励信号，搭建出一套工作时间窗口为纳秒到秒量级，时间精度在纳秒量级的非接触式半导体少数载流子寿命测量系统，具有装置简单、操作方便、成本低廉等优点。使用搭建的系统对不同掺杂类型、不同掺杂浓度、不同厚度单晶硅的非平衡态少数载流子寿命进行测量。最后，通过改变泵浦光单脉冲能量，对单晶硅光生载流子寿命进行测量，结果表明单晶硅少数载流子寿命随着泵光能量的增大而变长。该系统所实现的宽工作窗口、高时间精度太赫兹快速过程的探测，可应用于太赫兹领域的快速成像和快速生物响应探测。

为研究键合四结太阳电池中In0.53Ga0.47As子电池在高注量电子辐照下的性能退化规律与机制, 对In0.53Ga0.47As单结太阳电池进行了高注量1 MeV电子辐照试验, 并结合等效位移损伤剂量理论和数值拟合方法对电池性能的退化进行了分析讨论。结果表明, 在1 MeV电子辐照下, 非电离能损(NIEL)值在电池活性区内随着电子入射深度的增加不断增大; 开路电压Voc、短路电流Isc等重要I-V特性参数随着辐照注量的增加均发生了不同程度的退化, 注量达到6×1016 e/cm2时, 电池光电转化效率为零, 电池失效。光谱响应方面, 注量小于4×1016 e/cm2时, 长波区域退化程度明显比短波区域严重; 注量大于4×1016 e/cm2时, 长波区域退化程度与短波区域基本相同。辐照位移损伤引起的光生少数载流子扩散长度减小和载流子去除效应是导致电池性能退化的主要原因。

利用二氧化钛薄膜光吸收及表面钝化特性, 在硅晶圆基底表面制备石墨烯/二氧化钛异质结场效应管光电探测器, 并研究其光电响应特性.结果表明, 二氧化钛钝化后的探测器可以有效抑制沟道表面的气体小分子吸附, 降低器件的暗电流漂移; 同时, 探测器利用石墨烯的电荷敏感和复合薄膜的光谱吸收特性, 显著提高了石墨烯场效应管的响应度.紫外波段, 顶层二氧化钛吸光产生的光生电子将注入到石墨烯沟道中, 对石墨烯沟道产生n型掺杂, 器件最大响应度可达3.5×105 A/W.在可见光波段, 因为二氧化钛层与石墨烯薄膜间存在杂质能级, 界面间的电荷转移使沟道载流子寿命显著提高.相对于传统的二氧化钛阵列探测器, 该探测器在响应波段与响应度性能上都具有明显优势.

通过设计InGaN多量子阱LED有源区的不同结构, 研究了载流子复合机制对LED调制速度的影响。结果显示, 由于窄量子阱LED的载流子空间波函数重叠几率更高, 且电子泄露效应更显著, 所以复合速率更快, 调制带宽更高。In组分为1%的InGaN量子垒LED可提高辐射复合的权重, 使得调制带宽高于GaN量子垒LED; In组分为5%时, 电子泄露和俄歇复合占据主导地位, 且由于这两种复合机制复合速率很快, 所以调制带宽显著提高。

利用飞秒激光泵浦探测技术，通过改变光学参数，如中心波长、功率，分别对未故意掺杂高纯n型砷化镓的差分反射谱进行研究，进而分析室温下砷化镓光生载流子动力学过程.首先，当泵浦光功率恒为100 mW，探测光功率恒为10 mW时，随着中心波长的增大，差分反射率峰值随之增大，信噪比也随之增加.其次，通过拟合不同延迟时间下泵浦光功率和差分反射率的实验曲线，并和理论模型比较后发现，在一定范围内的泵浦功率和差分反射率呈线性相关，未故意掺杂高纯n型砷化镓的饱和载流子浓度为(3.590 1±0.310 3)×1017 cm－3.在此基础上,把光生载流子动力学过程分为3个过程：804±67 fs的光激发过程、134 ~268 fs的初始散射过程、1 ps和3～6 ps的复合过程.研究表明，差分反射率与探测功率不存在显著的依赖性，但差分反射谱的信噪比与探测功率存在相关性.

利用脉冲恢复技术测量了有限宽基区n+-on-p光电二极管中的少子寿命.实验发现, 反向恢复时间同正、反向电流的大小有关.从恢复时间ts与IF/IR函数关系提取的少子寿命随着基区厚度与少子扩散长度比值降低而明显增大.在77 K时，采用传统方法脉冲回复技术提取的少子寿命为28 ns，而当考虑短基区效应时，所提取的少子寿命为51 ns. 这表明HgCdTe光电二极管的基区厚度与少子扩散长度比值是采用脉冲恢复技术测量少子寿命技术中的一个重要参数.只有当基区厚度大于三倍少子扩散长度时，传统方法中无限基区厚度的假设条件才成立.

单晶硅材料中光生少数载流子寿命是太阳电池设计及生产过程中需要考虑的一个重要参数。基于微波光电导法的测量原理, 从单晶硅材料中的电导率和少数载流子浓度的关系着手, 提出了一种基于激光微波双辐射源的硅材料非平衡少数载流子寿命测量系统, 实现了对其寿命的初步测量。实验表明, 该设计方案具有可行性。

采用2种电阻率的钒掺杂半绝缘6H-SiC晶体制作了横向结构的碳化硅光导开关，分别加载不同的偏压、并使用不同能量的激光触发开展光电导实验。对比实验结果表明：高暗态电阻率的碳化硅光导开关耐压特性远远优于低暗态电阻率的碳化硅光导开关，耐压从4 kV提高到了32 kV；但高暗态电阻率的开关导通电阻也较大，导通电阻为kΩ量级，比低暗态电阻率的碳化硅光导开关的近百Ω增加了1个量级。通过激光脉冲波形与光电流脉冲波形的比较，估算出2种光导开关的载流子寿命和载流子迁移率。将这2个参数与砷化镓光导开关进行比较，推导出低的载流子迁移率是碳化硅开关导通电阻较大的主要原因。在实验和分析的基础上改进设计，研制出了工作电压超过10 kV、工作电流超过90 A的碳化硅光导开关。