太阳能电池作为光电转化器件,是应对能源危机最具潜力的方案之一。染料敏化太阳能电池（Dye sensitized solar cells,DSSCs）作为第三代新型太阳能电池,具有成本低、颜色多变可调、制备简单、环境友好、效率较高和稳定性好等优势,具有广阔的应用前景。光阳极是染料敏化太阳能电池重要组成部分,电池的大部分反应发生在光阳极部分。传统TiO₂粒子光阳极存在着以下问题:晶界数量过多抑制了电子传输以及加剧了电子复合,纳米粒子的小尺寸导致了高透光度和低光子利用率,低能晶面限制了光生电子注入效率。针对以上问题,本论文合成多功能性TiO₂层级结构,包括高暴露（001）晶面空心盒结构、高暴露（001）晶面“花生”结构以及一维纳米棒自组装微球结构,将其作为光散射点/光散射层引入光阳极,并且提出一种简单温和的基于表面等离激元效应的光阳极处理方法,得到光电性能增强的染料敏化太阳能电池。通过两步法以TiOF₂为中间体合成高暴露（001）晶面纳米片组装空心盒结构,将其作为光散射点引入到光阳极并对其光电性能进行研究。在光阳极中加入不同掺比量的空心立方盒结构,紫外可见漫反射光谱研究发现,随着空心立方盒掺比量的增加,由于空心结构及尺寸效应使得光散射性能在400 nm-800 nm范围内随之增强。同时,由于空心立方盒的空心结构有利于电解液的扩散,使得开路电压随着掺比量的增加而增大。通过电化学阻抗分析发现,空心立方盒的掺入使得电子传输加快,抑制了电子复合,有效地提高了电荷收集效率以及电子扩散长度。在掺比量为20%时,光电性能最佳,电荷收集效率达到90%,短路电流密度达到13.4 mA/cm²,光电转化效率达到6.11%。采用水热两相法可控合成超薄高暴露（001）晶面纳米片自组装“花生”TiO₂结构,将其作为光散射层形成双层光阳极结构,电池的光电转化效率达到9.14%,与同膜厚的P25相比提高了34%。超薄纳米片结构提供了“花生”TiO₂结构高达180.8 m²/g的比表面积,保证了充足的染料负载量;“花生”TiO₂结构的尺寸效应以及表面陷光结构使得光散射性能增强;表面Ti³⁺的存在窄化带隙,使得平台电势正向移动,提高了光生电子注入效率。采用溶剂热法可控合成金红石相纳米棒自组装微球并将其作为光散射点应用于光阳极。纳米棒自组装微球比重为10%时,得到光电性能最佳的光阳极,短路电流密度为15.6 mA/cm²,开路电压为790 mV,光电转化效率达到9.30%。一维纳米棒结构提供了快速电子传输通道,抑制了电子复合;金红石相结构以及微球尺寸效应提高了光阳极的光散射性能,提高光子利用率;纳米棒之间的空隙促进了电解液的扩散,提高了开路电压。通过金纳米粒子修饰进行基于表面等离激元效应的光阳极处理,通过控制温度、紫外光照时间和金源含量,得出最佳处理条件:30℃紫外光照60 min,2.5×10^-6 mol氯金酸为金源。此时,电池的光电性能最佳可达到9.47%。表面等离激元辅助光阳极由于表面等离激元效应使得其对于可见光区光子有一定吸收,局域电场促进染料的光吸收,提高光阳极的光捕获效率从而导致短路电流密度的增强;TiCl₄处理使得金纳米粒子被TiO₂包覆,使得金纳米粒子对于电子具有储存作用,导致费米能级正向移动,提高电池的开路电压。金纳米粒子的存在同时还提高了光阳极的导电性,降低了串联电阻,局域电场增强抑制了电子复合,提高了电荷收集效率。