半导体量子点（QDs）由于其量子尺寸限域效应具有独特的光学特性。如量子点的吸收和发射光谱的尺寸依赖性、高荧光量子产率以及高吸收系数的光学性质使得量子点在生物医学和光电器件应用领域备受关注。其中在生物医学成像、发光太阳能聚光器（LSC）、发光二极管（LED）,用于制氢的光电化学（PEC）电池和量子点敏化太阳能电池（QDSC）等光电转化器件应用领域,量子点所呈现的吸收与发射光谱的尺寸依赖性和高荧光量子产率具有极大的优势。然而,由于胶体量子点的高表面敏感性,使其具有较低的光物理和化学稳定性制约了各种基于量子点的生物医学与光电器件应用的进一步提升。量子点表面构筑核/壳结构异质结,可以有效地钝化表面陷阱/缺陷,调整核/壳材料的组分和尺寸结构可以进一步对量子点能带结构进行调控,有效提升量子点光物理与光化学性质。迄今为止,构建基于核壳结构量子点高效光电子转化器件仍有一些亟需解决的挑战性问题:i)可调的近红外（NIR）荧光发射,特别是在NIR-II窗口中（即～1000-1700 nm波长区间）,这对近红外光子的深层组织穿透具有重要意义,有利于近红外生物医学成像和光通信等。ii)超长的载流子寿命,有利于高效的电荷分离/转移,可以进一步提高基于核壳结构量子点的光伏器件的效率。iii)对量子点电荷载流子动力学过程的解析,包括量子点中的超快光致电荷产生/传输过程,是指导设计制备高性能量子点光电器件的关键。本论文主要针对胶体半导体量子点能带结构对光电性质的影响以及低稳定性等问题进行了研究。首先通过前驱体注入生长制备核壳结构量子点,研究不同尺寸及能带结构对量子点光学性质的影响;结合时间分辨光谱和理论计算模拟了各种核壳结构量子点中的电子-空穴波函数分布,研究量子点的激发态载流子动力学。最终制备基于量子点的光限幅薄膜器件和量子点敏化光电化学电池,应用到太阳能光电转化领域。主要研究内容如下:（1）首先从传统的胶体量子点出发,针对“巨型”核壳结构量子点进行进一步研究拓展,由于大部分“巨型”核壳结构量子点都是球形,而近年来报道出了非球形核壳结构量子点对电子-空穴空间分离非常有利。另外,大部分“巨型”核壳结构量子点发射光谱一般在紫外-可见光区域,具有近红外区域发射的“巨型”核壳结构量子点也是拓展该领域非常有前途的研究方向。本论文合成具有近红外发射特性的金字塔形“巨型”核壳结构量子点并研究其中间生长过程和形貌/尺寸/晶相等结构成分信息。通过对其组分以及尺寸形貌的调控,实现核壳结构量子点的可控制备生长以及能带调控。（2）结合时间分辨太赫兹和瞬态吸收光谱,研究了核心量子点和核/壳量子点中的载流子动力学过程,重点研究时间分辨发射光谱下的激子寿命,以探究其非球形结构对电子-空穴空间分离效率的影响。利用理论模拟仿真金字塔形“巨型”核壳结构量子点在空间不同方向上的电子-空穴波函数分布,结果表明,量子点的电子波函数分布离域于量子点的核与壳层结构中,而空穴波函数分布局域于量子点的核结构中。从而在实验和理论上研究了其光学特性和准II型的能带结构。通过瞬态光谱,对核壳结构量子点光生载流子产生、转移以及传递过程进行探究,研究了核壳结构量子点的超快载流子动力学过程,对异质结量子点的光激发下载流子迁移转移机制进行了阐明分析,作为光电转化应用的理论指导。（3）制备的基于量子点高透性薄膜具有优异的光限幅特性,结合时间分辨太赫兹光谱对量子点薄膜的非线性光学性质机理进行研究,核壳结构量子点由于其尺寸以及准II型能带结构,光生载流子具有更长的散射时间,因而表现出更强的光限幅特性。由Drude-Smith模型测量量子点的薄膜电导率,计算出核壳结构量子点的光生载流子散射弛豫时间为～108 fs,而核量子点的光生载流子的散射时间只有70 fs,因此核壳结构量子点薄膜呈现出较强的光限幅特性。（4）制备出基于量子点光敏化的光电化学电池。对不同能带结构的核量子点与核壳结构量子点的光电化学电池器件性能和稳定性进行测试分析。厚壳层的核壳结构量子点光电化学电池具有高达～4.5 m A/cm~2的饱和光电流,是单独核量子点器件的9倍,且核壳结构量子点光电化学电池的稳定性明显强于核量子点。量子点器件的光子电子转换效率测试结果表明,核量子点和薄壳层的核壳结构量子点器件的光生载流子来源主要是核量子点对近红外区光的吸收,而厚壳层的核壳结构量子点的光生载流子来源主要是壳层材料在可见光区的吸收。且随着壳层厚度增加,量子点器件的饱和光电流密度提升,器件性能增强。