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半导体光电特性调制工程的发展推动着电子科学与技术的进步。胶体量子点（CQDs）作为一种新兴的纳米半导体材料,由于量子限域效应的作用,具有优异的可调谐光电特性,因而被广泛应用在光电能源转换器件中。发展具有环境友好型特点的CQDs是推动高性能CQDs基光电能源转换器件商业化进程的一大趋势。其中,CuGaS2（CGS）量子点作为环境友好型I-III-VI族量子点中的一员,具有较大的吸收系数和优异的组分/尺寸/形貌依赖的可调谐光电特性,是太阳能驱动能源光电转换技术中具有潜力的半导体材料。然而,CGS量子点具有丰富的表面缺陷/陷阱态,这些缺陷态将作为非辐射复合中心,导致光生载流子在其表面发生复合,不利于光生载流子的转移与辐射复合,从而会对其光生激子寿命、荧光量子产率以及光/化学稳定性等光电特性产生负面作用。此外,CGS量子点的带隙较大（～2.48 e V）,不利于对太阳能光谱中长波波段光子的利用。本论文针对CGS量子点存在的以上问题,以CGS量子点作为主体材料,通过核-壳结构构筑、壳层厚度优化、合金化、能带结构设计以及Cu缺陷态相关施主-受主对辐射复合调控等策略,对其光电特性进行深入研究。通过上述调控优化工程,实现了具有表面缺陷/陷阱态有效钝化、高效激子分离、能带结构可调谐和高效荧光量子产率等优异光电特性的CGS族核壳量子点。根据其光电特性制备了相应的光电化学电池和荧光太阳能聚光器（LSC）,并且实现了由太阳能驱动基于CGS族核壳量子点的叠层式LSC自供能的光电化学电池制氢模组。研究内容如下:1.利用壳层钝化作用,引入ZnSe无机壳层,通过两步法合成了壳层厚度可控的环境友好型CGS/ZnSe核壳量子点。其UV-vis光谱显示,随着ZnSe壳层厚度的增加,CGS/ZnSe核壳量子点在300-550 nm处的吸收在ZnSe壳层的影响下得到相应提升。由于ZnSe壳层对CGS量子点表面缺陷/陷阱态的钝化作用,有效减少CGS量子点表面的非辐射复合通道,成功诱导CGS/ZnSe核壳量子点产生光致荧光。并且,壳层厚度与CGS/ZnSe核壳量子点的荧光寿命存在优化关系,合适的壳层厚度可以有效延长其光生激子寿命,有利于电荷转移与分离。然而由于CGS量子点与ZnSe壳层存在晶格失配,过厚的壳层将在其界面处引入新的缺陷态,从而损耗光学性能。随后制备CGS/ZnSe核壳量子点敏化的光电化学电池,通过对其紫外光电子能谱分析,发现它与Ti O2可以形成II型能带排布,有利于提升光电化学电池的电子传输效率。由于ZnSe壳层的钝化作用,有效减少了非辐射复合通道,并且提升了电荷转移分离效率,钝化效果最好的CGS/ZnSe核壳量子点样品敏化光电化学电池展示出最优的产氢性能。在一个标准太阳光照射下,最优样可以实现3.5m A/cm~2的饱和光电流密度,法拉第效率可以达到56.1%。2.为了进一步提升CGS基量子点的荧光量子产率（PLQY）,利用Al合金化策略以及引入大带隙（3.7 e V）ZnS壳层对CGS量子点进行处理,通过一锅法构筑合金化CuGaAl S（GGAS）/ZnS核壳量子点。其UV-vis光谱和荧光光谱显示,通过调控Cu组分比例,可以实现对带隙值的调控,有效控制吸收和荧光范围。对荧光光谱进行分析,发现CGAS/ZnS核壳量子点具有两种辐射复合通道,并且可以通过调控Cu组分比例实现对Cu缺陷态相关施主-受主对辐射复合（DAP）光致荧光的调控。进一步分析发现随着Cu组分减少,Cu缺陷相关DAP复合荧光比例在逐渐增加,PLQY得到提升。但是过量DAP复合中心将产生新的缺陷态导致不必要的非辐射复合（俄歇复合）,从而降低PLQY。最优化CGAS/ZnS样品实现了高达91%的PLQY,相比于CGS/ZnS核壳量子点提升了将近一倍,证明了由于合金化作用可以有效减小CGAS表面的晶格应力以及减少相关缺陷态。并且最优化样品还展示出超长光生载流子寿命和优异的光稳定性。鉴于其优异的光电特性,将最优化样品应用于LSC（面积为100 cm~2）。在一个标准太阳光照下,该器件实现了4.29%的光电转换效率,并且在40℃高温下展示出优异的热稳定性。3.引入In元素调控带隙以提升CGS基量子点对太阳能辐射光谱的利用率,通过热注入法合成了CuGaIn S（CGIS）/ZnS核壳量子点。利用光学表征分析,发现随着In元素的引入有效减小了CGS的带隙。其UV-vis吸收相比于CGAS/ZnS核壳量子点（吸收范围UV-500 nm）得到了拓展,将吸收拓展至700 nm。CGIS/ZnS核壳量子点同样表现出Cu缺陷态诱导的DAP荧光特性。优化后具有最广吸收范围的CGIS/ZnS核壳量子点展示出高达50%的PLQY和0.50 e V的斯托克斯位移。在光电能源转换器件方面,结合研究内容2的成果,设计了基于CGAS/ZnS和CGIS/ZnS核壳量子点的大面积叠层式LSC（面积为144 cm~2）。通过器件透射光谱分析,发现CGIS/ZnS核壳量子点基LSC可以有效利用透过CGAS/ZnS核壳量子点基LSC的太阳辐射,从而提升整体叠层LSC对太阳光谱的利用效率。在自然光强度照射下（45 m W/cm~2）,该叠层LSC展示出0.87%的整体光电转换效率。随后将该叠层LSC与研究内容1的CGS/ZnSe光电化学电池有机结合,实现了由太阳能驱动LSC自供能的光电化学电池产氢模组,有效验证了CGS基核壳量子点在光电能源转换器件方面的重大潜力和商业前景。