近年来，随着全球化石能源的日趋短缺和化石燃料燃烧产生的大气污染加剧，太阳能电池，一种对环境友好而且可持续利用的能源，日益受到人们关注。一方面，越来越多的商用太阳能电池板被铺设，从而改变当地的能源结构;另一方面，科学界渴望优化电池结构和工艺，从而获得较高的光伏效率。对于单节电池，由于其固有的损耗，如自身黑体辐射、不吸收能量低于带隙的光子以及光生载流子向带底弛豫，其效率存在一个理论上限，即Shockley-Queisser极限（最高31％）。在常规的体材料单节电池中嵌入纳米结构如量子阱和量子点，有望回收能量低于带隙的光子从而提高光伏效率。密堆的外延InAs量子点有望产生中间能带，从而允许对亚带隙光子的级联吸收。国际上有多个小组在研究嵌入InAs量子点的单节电池，理论计算得到的中间带电池效率上限为63％。但目前实验遇到的问题主要有开路电压的降低、多层InAs量子点的应力积累和位错产生，以及量子点产生光电流的真正机制不清楚。　　本论文深入研究了嵌入InAs量子点的GaAs电池的光伏特性以及量子点产生光电流的真正机制。主要内容和结果包括:　　1)优化了发光波长在1.2～1.3μm的InAs量子点的分子束外延生长。设计和生长了嵌入InAs量子点的GaAs体材料p-i-n电池。在不同区域嵌入密堆InAs量子点，目的在于研究量子点产生光电流的真正机制。　　2)测试了电池的光伏特性，对比研究了量子点对电池光伏特性的影响;证明了内建电场对量子点产生光电流很重要;提出了电子填充n区量子点而在周围形成能带起伏，从而降低了载流子的迁移率和光电流。发现有量子点的电池开路电压都降低，但量子点嵌入内建电场时，开路电压降低更多，虽然量子点层数并不多，说明开路电压降低并非只来自位错，还有量子点引起的复合增强。相比结构相同但不含量子点的参考电池，量子点嵌在内建电场的电池光电流增加1/3，而量子点嵌在n区的电池光电流减小1/3。　　3)用光栅光谱仪测试了300～1000 nm的电池光电流谱（主要是GaAs体材料吸收），发现量子点嵌入内建电场的电池，光电流谱增强，这与光伏测试时光电流增加1/3一致;而在量子点嵌入n区的电池，光电流谱降低，这也与光伏测试结果一致。后者光电流降低的原因，如前所述，即n区量子点周围的能带起伏;前者光电流增强的原因，经理论分析，可能是GaAs能带中的载流子被量子点反射，使电子和空穴波函数交叠增加，光吸收增强。　　4)用傅里叶光谱仪测试了量子点自身吸收产生的光电流谱，发现内建电场中量子点产生的光电流要比n区量子点产生的光电流大一个量级。量子点吸收对光电流的贡献只有体材料的1/10。测试了变偏压和变温度光电流谱，发现n区量子点产生光电流是依靠少子空穴的热激发，而量子点周围的能带起伏增加了空穴的热激发势垒，抑制了光电流产生。嵌入内建电场的量子点，由于间隔很近，可能存在层间隧穿。但常温下载流子主要以热激发形式逃逸。　　除了外延InAs量子点的光伏特性，我还与他人合作研究了胶状CdSe量子点的闪烁发光。具体内容为:　　5)采用时间关联分析，研究了两个近邻量子点闪烁发光的相互关系，发现:当量子点间距为0.7～1.1μm时，对于触发式闪烁发光的量子点，关联函数在时间延迟为零时有一个尖峰（即聚束关联），说明两个量子点倾向于同步闪烁;量子点间距增大，这种关联逐渐消失;对于连续发光的量子点，关联函数平坦，一方面说明两个量子点发光无关联，一方面说明关联分析失效。上述关联与量子点之间相互激发辐射有关。