世界上大部分的能源需求来自于化石燃料,但是大量化石燃料的燃烧会产生过量的CO2气体,造成全球变暖和能源危机等一系列问题。人们受到自然界光合作用的启发,使用无机半导体材料,利用太阳能实现光电催化还原CO2,该方法被称为人工光合作用。这种方法不仅可以消耗大气中的CO2,还可以将CO2转化成可再生能源。本论文主要在人工光合作用中对串联氮化物半导体光阳极进行研究。单一氮化镓（Ga N）半导体作为光阳极在还原CO2过程中,存在光吸收范围窄、催化性能较差,稳定性较弱等问题。因此,针对这些问题,需要对Ga N半导体光阳极进行改进。本论文通过使用物理键合的方法将铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池串联Ga N基半导体作为光阳极在人工光合作用中进行还原CO2研究,同时研究Ga N基半导体在还原CO2反应过程中出现的光腐蚀问题。串联Ga N光阳极表面旋涂氮化碳（g-C3N4）助催化剂,研究g-C3N4对光阳极还原CO2性能的影响,以及研究助催化剂在不同旋涂工艺下对还原CO2性能的影响。具体研究内容如下:（1）研究了串联不同Ga N基半导体光阳极对还原CO2性能的影响。串联不同光吸收层和不同结构的Ga N基半导体光阳极。在只有光照的情况下,研究发现串联不同光吸收层和不同结构的光阳极还原CO2的性能不同,主要原因是因为串联CIGS薄膜太阳能电池增强了光阳极的光吸收范围和效率,提高光生电子和空穴的分离效率。不同光吸收层的光阳极存在不同的光吸收范围,会对还原CO2造成影响。同时研究还发现Al Ga N/Ga N结构中存在压电效应,增强电子和空穴的分离,而In Ga N层进一步增强光吸收,将还原CO2为价值更高的产物,如CH4等。（2）研究了串联不同In浓度的In Ga N半导体光阳极,In浓度会影响导带的电势,从而对还原CO2的效率造成影响。实验发现串联In浓度为0.9%的Ga N基半导体光阳极还原CO2的性能最优异。（3）研究了g-C3N4助催化剂对还原CO2性能的影响。g-C3N4在还原CO2过程中可以提高光吸收效率和抑制光生载流子的复合,提高光阳极还原CO2的效率,还保护了Ga N表面。实验发现,在旋涂1.5 mg并且旋涂时间为10 min的旋涂工艺条件下,光阳极表面旋涂g-C3N4的还原性能最佳。