硅量子点由于其优异的光吸收和光发射的性能,以及储量丰富、生物无毒和与现有体硅器件制备技术有较高的兼容性等特点,近年来已经在太阳电池、发光二极管、光电探测器、生物成像以及医学治疗等领域显示出广阔的应用前景。然而,由于对硅量子点的表面效应和成膜性质对器件性能影响的研究不够深入,因而目前基于硅量子点的光电器件的性能仍然相对较低。本论文利用表面含有氢原子和不同碳链配体钝化的硅量子点作为光吸收和光发射的活性层,在发挥其光电性质的同时,对其表面效应和成膜性质进行了研究,针对性地改善了硅量子点这两方面的性质,有效地提升了硅量子点光电器件的性能。本论文的主要研究内容和创新结果如下:(1)利用表面氢原子钝化的硅量子点与P3HT/PCBM体系进行混合,制备三元体异质结杂化太阳电池。利用硅量子点分别替代P3HT和PCBM,并且改变硅量子点的加入比例,研究了太阳电池性能和硅量子点加入量之间的关系。适当量的硅量子点加入P3HT/PCBM体系之后,不仅可以有效提升器件在短波段的吸收,并且可以通过构建级联结构来提升光生载流子的提取和传输效率。当5%的PCBM被硅量子点替代之后,器件的能量转换效率从2.93%增加到4.11%,提升了 40%左右。(2)利用1-十二烯钝化的硅量子点作为发光层,在NiO和ZnO之间旋涂成膜,制备出发光在740nm左右的全无机近红外量子点发光二极管。针对量子点中的激子容易受到NiO淬灭的现象,在NiO和硅量子点层之间利用原子层沉积的方法生长出不同厚度的A1203层来减少淬灭的发生。通过研究A1203层的厚度可以发现:在NiO和量子点层之间存在一个最佳的A1203生长厚度(5.7 nm)。当A1203层厚度小于5.7 nm时,其钝化效果不足。但是当厚度高于5.7 nm时,由于原子层沉积方式生长的A1203本身带电,其又会对硅量子点的发光造成影响。除此之外,A1203的加入也会有效降低NiO的表面缺陷,并且减少器件的漏电流。因此,经过5.7nm Al203层的钝化之后,全无机发光二极管的外量子效率可以从0.01%提升到0.1%,发光的功率密度可以达到14μW/cm2。另外,在柔性衬底上也可以利用相同的工艺制备出柔性全无机量子点发光器件,在简单封装之后可以保证在空气中放置约230个小时后其光功率仍能保持在50%以上。(3)采用空穴迁移率较高的P3HT作为空穴传输层制备高效率的量子点发光二极管。通过比较不同厚度的P3HT对器件光功率密度和外量子效率的影响,得到了最优的P3HT浓度。通过在硅量子点发光层和P3HT之间引入PFN作为界面修饰层,可以有效地降低P3HT中的电荷对量子点发光的淬灭,同时减少器件的漏电流。经过优化之后,P3HT作为空穴传输层的发光器件的最高光功率密度和外量子效率分别可以达到0.49 mW/cm2和3.4%。(4)我们展示了一种基于硅量子点的电致发光神经突触器件。器件在电脉冲的刺激下,不仅可以模拟生物神经突触完成PPF(双脉冲易化)、短时程可塑性向长时程可塑性的转变、STDP(尖峰时序可塑性)等神经行为,而且可以在不改变器件结构的前提下完成“与(AND)”、“或(OR)”、“与非(NAND)”和“或非(NOR)”等逻辑功能。这说明硅量子点电致发光神经突触器件不仅有助于实现电信号和光信号的双向转换,并且还可以促进神经突触器件在存储过程中的计算能力。