随着能源危机的日益严峻和绿色发展理念的逐步推广，太阳能的利用在当前受到了世界范围的重视。光伏应用的推广和普及有赖于太阳电池成本价格的有效降低和转换效率的进一步提高。纳米半导体材料的性质与技术研究不仅是现代信息科技的核心，更是推动信息科技进一步发展的原动力。近年来，在纳米半导体中发现了吸收一个光子而产生多个电子－空穴对的多重激子效应，不仅有利于降低量子点太阳电池的热辐射而极大的提高转换效率，而且对发展高灵敏度光电探测器、高质量的光放大器、高品质的激光器以及雪崩式光电二极管等高性能的新型光电器件具有重大的推动作用。然而，多重激子效应从发现至今还只有不到十年的历史，其研究仍处于初级探索阶段，该研究领域中对于多重激子产生、多重激子产生效率以及阈值能量等方面都仍存在着争议。而且对该效应能否有效增强新型量子点太阳电池的性能也有不同的观点。为了澄清纳米半导体中多重激子效应的争议问题及进一步探索多重激子效应在光电器件上的应用价值，建立可以在较大尺度范围内研究纳米半导体中多重激子产生的有效理论模型是非常必要的。本论文以普遍认可的碰撞电离过程作为多重激子产生的物理机理，借鉴Fermi于1950年处理由质子碰撞而产生多个基本粒子这一问题所建立的统计理论方法，建立了一个适用于探索纳米半导体中多重激子效应的统计模型。该统计模型使用了纳米半导体的带隙Eg、多重激子产生特征时间tS和光子能量hν三个参数，计算给出在纳米半导体中产生多个电子－空穴对的相对概率、多重激子产生效率以及阈值能量的结果，具有一定的普适性。通过对比PbSe量子点中的实验数据和模型给出的计算结果，验证了统计模型的正确性。我们利用统计模型计算了PbSe量子点中的多重激子效应。研究发现，当PbSe量子点吸收一个能量hν高于阈值能量ET的光子时，会产生n-重激子(n=2,3,4…)，多重激子产生效率IQE>100%；多重激子产生效率IQE由吸收的光子能量hν与量子点尺寸（或者带隙）共同决定。hν的增大使IQE随之增加，但尺度的影响比较复杂。存在一个临界尺度Rc～9nm，当量子点半径R <Rc时，IQE将低于PbSe半导体中的载流子倍增效率，而当R> Rc时, IQE高于载流子倍增效率；阈值能量ET和量子点的带隙Eg(或者尺度)有关，当Eg从最小值逐渐增大到Egc～1.04eV时，阈值能量ET/Eg由～3.30下降到2.36，而Eg>Egc时，ET/Eg几乎为常数。统计模型的计算结果初步澄清了多重激子效应研究领域的争议问题。硅半导体技术不仅代表了当今广泛使用的集成电路制造技术的基础，并且在当前还囊括了超过90%的光伏电池产量。硅材料在太阳电池中的主流地位决定了纳米硅太阳电池在未来第三代太阳电池中的角色与地位。我们在拟合的Si量子点带隙Eg(d)与特征时间tS(EP/Eg)的基础上，利用统计理论模型，探索了纳米硅中的多重激子效应。研究发现，Si量子点中多重激子产生效率由其尺度和所吸收的光子能量共同决定，在hν＝5Eg时，直径为4-15nm的Si量子点中中IQE可以达到300%以上。且在高能光子入射的时候，多重激子产生效率会出现―台阶‖状的特征；Si量子点中的阈值能量随量子点尺度的改变而改变，在直径大于1nm的Si量子点中，阈值能量ET～2.2-3.1Eg。为了探索多重激子效应对太阳电池性能的增强作用，我们利用多重激子产生改进了细致平衡理论模型，并应用于研究PbSe和Si量子点新型太阳电池的性能。研究发现，多重激子效应对两种量子点太阳电池的转换效率都有增强作用，最大效率对应的带隙向窄带方向移动。但由于多重激子产生效率与太阳光谱匹配的原因，多重激子效应对Si量子点太阳电池效率的提高一般仅～1%。