二氧化钛（TiO2）作为一种环境友好型的传统氧化物半导体材料,具有出色的光电性质,一直以来吸引着广大科研工作者的研究兴趣,是能源和环境等领域的重要研究材料。此外,其凭借优异的光学吸收和电子传输能力还被广泛应用到各种各样的光电器件中（传感器,探测器等）。TiO2的吸收带隙较宽,对太阳光谱中的紫外波段表现出强烈的吸收特性,而且其结构稳定,电子传输性能好,复合率比较小,所以近些年经常被用作染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cells,DSSC）的光阳极材料,并且实现了高效的光电转化效率。对于DSSC来说,为了实现最佳的染料吸附和电子的平稳传输,光阳极应具有以下几个特征:（1）高表面积,以最大程度地负载染料,从而有效吸收光;（2）高透明度,用以减少入射光子的损失;（3）高电子迁移率以促进电子传输;（4）稳定的化学性质,不与氧化还原电解质反应;（5）含有羟基或缺陷,使染料分子能够附着在其表面上。因此,制备具有优异特性的TiO2材料,使其更好的符合上述特征,是提升染料电池效率的关键。目前来说,研究TiO2的形貌结构是改变其性能的有效手段。不同的纳米结构能够使材料的光学吸收、电子传输和复合能力发生显著的变化,例如,一维纳米结构具有超高的电子迁移率,能够有效的抑制电子和空穴之间的复合;而三维纳米结构尺寸较大,可以提供巨大的比表面积,并且能够显著增强光的散射能力。本文细致研究了TiO2纳米颗粒聚集体结构的制备方法和独特性能,以及利用其作为新型光阳极材料对DSSC性能的影响和作用机理。我们首先通过一种新颖的一步水热法合成了 TiO2纳米颗粒聚集体（TiO2 nanoparticles aggregation,TNA）。之后,通过XRD、SEM、TEM、BET测试等表征手段对TNA材料的物理化学性质做了细致研究和分析。实验结果表明,水热法合成的TNA材料的晶粒尺寸偏小,比表面积较大（79.34m2g-1）,颗粒之间发生团聚,呈现大尺寸的聚集体结构,这些性质有利于光阳极吸收更多的染料分子并增强电子的传输能力。此外,紫外-可见光的吸收光谱指出TNA在可见光波段具有强烈的光散射效应,从而减少光的损失,提高能量的利用率。随后,在制备TNA浆料的过程中意外得到了具有高浓度的凝胶状光阳极浆料,这是从未见过的情况。于是我们对比研究了不同浓度的TNA浆料对DSSC性能的影响,发现基于高浓度浆料的DSSC的效率更高。同时,对于这种新的凝胶状的浆料,我们还首次研究了其涂膜后形成的光阳极的薄膜厚度对DSSC性能的影响。最后得出结论,双层薄膜厚度为8μm左右时DSSC的性能最好,对应的最高光电转化效率为8.34%,电流密度为 17.97 mA cm-2。与商业P25纳米颗粒相比,基于TNA的DSSC的效率得到了显著的提升,说明TNA材料作为光阳极拥有巨大的潜力,是实现高效DSSC的有力竞争者。因此,为了进一步提升电池的效率,我们通过界面修饰对基于TNA的电池做了进一步优化,以取得更高的光电转化效率。常见的方法是在光阳极表面进行TiCl4处理形成致密层来提高光电流的注入,在这基础上,我们还研究了石墨烯量子点（Graphene quantum dots,GQD）与TiO2材料的结合形式,旨在利用GQD修饰光阳极表面来提升电池的效率。由于量子点的尺寸会对其性能产生影响,所以我们制备了不同尺寸的GQD进行对比研究。通过对合成的GQD溶液的特性进行分析表征,讨论了尺寸效应和表面基团对GQD性能的影响,初步探索了调控量子点尺寸和性能的方法。之后,对用GQD修饰过的电池进行了伏安特性测试,结果表明,只有小尺寸（<10 nm）的GQD会对DSSC产生积极影响,其他的则会损害电池的性能。经过分析,我们把这种提升归因于GQD与染料分子之间的共振能量转移效应以及GQD与TiO2之间的超快电子传输通道。这两种机制共同作用使得光生电子的注入增加,电子-空穴对的复合减弱,从而提升了电池的电流密度,最终实现了 20.19 mA cm-1的最高短路电流密度以及9.74%的最佳光电转化效率。