开发绿色可再生能源用以替代化石燃料是当代社会面临的亟待解决的重要课题。太阳能是一种丰富的取之不尽的自然能源。太阳能电池是有效利用太阳能重要器件。与传统硅太阳能电池相比,染料敏化太阳能电池(DSSCs),凭借其较高的光电转换效率、低廉的价格、易大面积生产等优点一直备受研究者的青睐。进一步提高DSSCs的光电转换效率,是其大面积生产和商业化应用的前提。光阳极做为DSSCs的核心部件,对电池效率起至关重要的作用。本文主要围绕通过贵金属Au纳米颗粒的表面等离子体共振和设计光阳极结构来改善DSSCs的光电转换效率。主要研究内容如下:制备了一维Au纳米棒核壳结构(AuNRs@SiO2)掺杂的复合光阳极及其DSSCs。研究了不同AuNRs@SiO2掺入量对复合光阳极及其电池性能的影响。研究发现,AuNRs@SiO2的引入不仅增强了复合光阳极对光的吸收强度,而且扩宽了光谱吸收范围。在AuNRs@SiO2含量为2.0wt%时,电池光电转换效率达到最优,比未掺AuNRs@SiO2的传统TiO2膜光阳极电池提高了 23.0%。这可归因于AuNRs@SiO2的表面等离子体共振所产生的的增强的局域电磁场直接作用于附近的染料分子,极大增强了染料分子对光的吸收,从而有效的增加了光生电荷,进而提高电池转换效率。在前述AuNRs@SiO2外面继续包裹一层TiO2,形成核-壳-壳结构(AuNRs@SiO2@TiO2),并将其连同石墨烯共同加入多孔TiO2纳米晶膜中形成新型的复合光阳极和DSSCs,旨在获得既能增加染料吸附量、提高电子传输特性又能增强染料光谱响应的多赢过程。系统地探究了石墨烯与AuNRs@SiO2@TiO2核-壳-壳结构对复合光阳极和DSSCs性能的影响。结果表明,掺入石墨烯后,电池的染料吸附量、短路电流密度以及光电转换效率都有明显增加;而加入核-壳-壳结构,电池展现出较高的入射光俘获能力。共掺石墨烯和AuNRs@SiO2@TiO2的电池具有最高的光电流密度16.26 mA/cm2和转换效率8.08%,相比传统TiO2膜光阳极电池分别显著提高了 37.7%和32.9%。这展示了石墨烯和AuNRs的等离子体共振优势的协同互补叠加作用,同时还展示了包裹的一层二氧化钛对增加比表面积和染料吸附量的重要作用。合成了 Au纳米颗粒修饰的含纳米尖劈的绒状Ti02微球—HTS-Au微球。将HTS-Au微球与传统TiO2纳米晶结合形成两层Ti02光阳极及其DSSCs。研究表明HTS-Au复合球的引入显著增强了光阳极对入射光的散射和吸收能力,降低了界面传输电阻,增加了载流子寿命,从而显著提高了 DSSCs光电性能。基于HTS-Au的优化的DSSCs的短路电流密度和光电转换效率分别为14.56 mA/cm2和7.37%。光电性能的提高可归因于Au纳米颗粒的等离子体共振所导致的增强的光吸收和光生载流子,大颗粒的HTS绒微球的引入提高了薄膜的散射能力,HTS绒微球组成单元纳米棒和尖劈则可能加快电子的传输。我们将石墨烯、Au纳米颗粒修饰的梭型Ti02纳米棒的复合结构(Au-TiO2NRs)作为多功能材料共同掺入光阳极多孔薄膜中,在染料敏化太阳能电池中形成新的三元(G-TiO2NRs-Au)复合光电阳极。这种复合光阳极结构能够同时利用一维梭型二氧化钛纳米棒的光散射、Au颗粒的表面等离子体共振和石墨烯的巨大比表面积和良好电子迁移率的优点。结果表明,这种G-TiO2NRs-Au复合光阳极成功的改善了电池对入射光的散射和吸收能力,降低了界面传输电阻,增加了载流子寿命,并获得了 8.56%的转化效率,比纯的TiO2基DSSCs提高了35.0%。此优越性能的实现归因于AuNPs的表面等离子体共振,TiO2NRs的光散射和来自石墨烯的快速电子传输通道以及改进的染料负载的多功能的三元复合互补效应。设计了一种新颖的分层二氧化钛复合光阳极结构:底层为传统TiO2纳米晶层,一维TiO2纳米棒作为中间层,大颗粒TiO2微球在最上层。做为对比,我们同时制备了单层的传统TiO2纳米晶光阳极,和其它三种双层光阳极结构:分别由纳米颗粒和纳米队列组成的(TR);纳米颗粒和微球组成的(TS);纳米棒队列和微球组成的(RS)。系统的研究了单层、双层和三层光阳极对DSSCs性能的影响。三层光阳极结合了高效电荷收集、光捕获以及高染料负载量的优势。研究表明,三层光阳极电池取得了最高的8.34%的转换效率,比传统DSSCs提高了34%。