3.1超晶格量子階半導(dǎo)體電極 
超晶格量子階半導(dǎo)體是由兩種不同的半導(dǎo)體材料交替生長(zhǎng)厚度為幾到幾十原子層的 超薄層，形成一個(gè)比原晶格大若干倍的新周期結(jié)構(gòu)的人工半導(dǎo)體晶體。超晶格量子阱半導(dǎo)體電極具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)于體材料的光電特性，如激子二維運(yùn)動(dòng)受限，不僅壽命長(zhǎng)而且光吸收性能強(qiáng)，在相同濃度下載流子遷移率比體材料大，熱載流子壽命大，增強(qiáng)了熱載流子效應(yīng)等，有利于提高光電轉(zhuǎn)換效率，而且可以在單分子層水平上通過(guò)選擇半導(dǎo)體材料的種類(lèi)，調(diào)節(jié)勢(shì)壘高度、勢(shì)阱層的厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)生長(zhǎng)高量子產(chǎn)率的超晶格量子阱電極。實(shí)現(xiàn)“能帶工程”在光電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用。用分子束外延法設(shè)計(jì)生長(zhǎng)適合于光電化學(xué)研究的晶格匹配型GaAs/A1xGa1-xAs量子阱電極（兩種半導(dǎo)體材料的晶格常數(shù)之差小于1%）和應(yīng)變型InxGa1-xAs/GaAs量子阱電極（兩種半導(dǎo)體材料的晶格常數(shù)之差大于1%），研究其在非水溶液中的光電轉(zhuǎn)換性能以及阱寬、壘寬、外壘及周期等因素對(duì)光電性能的影響。在室溫下觀察到對(duì)應(yīng)于激子強(qiáng)吸收的光電流峰，隨量子阱寬度從10nm減小到5nm，量子阱內(nèi)能級(jí)分離程度增加，激子光電流峰明顯藍(lán)移，呈現(xiàn)顯著的光電化學(xué)量子化效應(yīng)和強(qiáng)激子光吸收性能，而阱寬10nm的單量子阱光電流量子產(chǎn)率與阱寬5nm的單量子阱量子產(chǎn)率基本相同，表現(xiàn)出二維激子的光吸收與量子阱寬基本無(wú)關(guān)的特性。但外壘厚度的增加，不利于光生載流子的界面電荷轉(zhuǎn)移，激子強(qiáng)吸收效應(yīng)退化。在多量子阱電極中的各量子阱是獨(dú)立地參與界面電荷轉(zhuǎn)移的，多量子阱電極的量子產(chǎn)率基本上可認(rèn)為是各量子阱的加和。在以上研究的基礎(chǔ)上成功設(shè)計(jì)生長(zhǎng)了50周期四種不同阱寬GaAs/AlxGa1-xAs多量子阱電極，其激子吸收覆蓋了整個(gè)測(cè)量波長(zhǎng)，在二茂鐵乙腈溶液中量子產(chǎn)率為GaAs體電極的三倍，表現(xiàn)出優(yōu)良的光電轉(zhuǎn)換性能。 
通過(guò)多種瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)技術(shù)的研究得到不同于體材料的界面熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能，如GaAs/AlxGa1-xAs量子阱電極在非水溶液中空間電荷層電場(chǎng)分布——量子阱中是勻強(qiáng)電場(chǎng)。內(nèi)壘則為較理想的耗盡層模型。量子限制Stark效應(yīng)受溶液氧化還原離子與電極表面相互作用強(qiáng)弱的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算都表明，量子阱電極的表面復(fù)合速率比體材料GaAs慢，這是由于量子阱中的光生載流子主要通過(guò)熱發(fā)射進(jìn)行分離，限域在量子阱中空穴熱發(fā)射到價(jià)帶連續(xù)帶能級(jí)的時(shí)間比電子快數(shù)百倍，因此空穴界面分離速率遠(yuǎn)高于電子。這也是GaAs/A1xGa1-xAs電極量子產(chǎn)率高的一個(gè)重要原因。另外GaAs/AlxGa1-xAs和InxGa1-x /GaAs兩種量子阱在非水溶液中都表現(xiàn)出光生載流子界面隧穿電荷轉(zhuǎn)移所導(dǎo)致的不同于體材料的光電流一電壓關(guān)系的異常行為。[/page]