对于染料及钙钛矿敏化太阳能电池技术的实用化发展,除了转化效率的追求以外,还需要探索廉价、高稳定性、易行的合成工艺以及较低的危害等特性,方能在未来的光伏市场占据一席之地。本论文的研究内容正是朝着这些目标而做出的努力,我们制备了新型、廉价、环境友好型材料以满足染料敏化太阳能电池的需求,我们还探索了简单却有效的钙钛矿电池技术以求实现钙钛矿电池的稳定化。这些包涵了染料敏化太阳能电池和钙钛矿电池的内容在本轮中将分为四个工作进行,具体介绍如下：首先,我们介绍了一种简单却有效的基于醋酸处理的方法实现了在开放环境下制备对苯二酚/对苯醌氧化还原电解质,并将其成功地应用于染料敏化太阳能电池中。在一个标准太阳的模拟辐照(100 mW cm-2,AM 1.5 G)下,基于醋酸处理对苯二酚/对苯醌电解质的染料敏化太阳能电池获得了5.82%的转化效率,比无醋酸处理时的提高了114%。此外,利用醋酸处理对苯二酚／对苯醌电解质的电池甚至展现出比传统碘电解质更高的电流密度以及载流子传输。接下来我们还初步研究了醌类分子衍生物对电解质性能的影响,研究发现甲基取代时会使得基于这种醌类电解质的染料敏化太阳能电池的性能提升至5.88%。我们看到基于醋酸处理对苯二酚／对苯醌电解质的染料敏化太阳能电池具有高效、易制备、与常用钌系染料兼容以及分子设计多样化等优点,因此我们相信这种电解质技术有希望在未来替代传统碘电解质在电池中的应用。受到光合作用原理的启发,我们制备了一种基于环境友好型材料辅酶Q(UQ10)的无碘单质电解质,并成功应用于染料敏化太阳能电池中。在一个标准太阳模拟光照测试下,利用这种基于辅酶Q电解质的电池相对于利用传统碘电解质而言转化效率提升了10%,从7.44%提高到了8.18%。通过一系列手段分析可知,辅酶Q电解质的优异性能可归因于其较低的可见光吸收以及在对电极表面的高催化活性。作为心脑血管药物及化妆品中常用的成分,辅酶Q是一种非常廉价而环境友好的材料。因此基于辅酶Q电解质的染料敏化太阳能电池具有高效、高生物安全性、广泛的染料兼容性及分子设计多样性等优点,因而被认为很有希望推动染料敏化太阳能电池未来的进一步发展。迅猛发展的钙钛矿敏化太阳能电池在产业化进程中面临的最大问题是其材料和器件的不稳定性,为了缓解这些问题我们基于电池结构设计和界面工程技术开发了一种简单但有效的电池技术。我们采用无空穴传输层电池结构以及一种特殊的双层异质碳电极作为电池对电极。这样设计的电池展现出了极好的器件稳定性,能够有效抑制湿气的侵蚀以及高温引起的钙钛矿材料的降解。优化后,我们得到了11.3%的电池效率,在1000C下保持半小时后,电池的性能不仅没下降反倒提升至13.6%。简单封装以后,电池在水直接处理条件下仍能保持超过90%的性能,此外在150℃下加热半小时,电池仍能够保持高于原始效率的性能。鉴于我们设计的钙钛矿电池优越的湿度及温度稳定性,我们相信这种钙钛矿电池技术将为钙钛矿电池将来的商业化应用打开一扇门。为了进一步有针对性的提高无空穴传输材料型钙钛矿电池的性能,我们设计了一种复合纳米结构的二氧化钛电子传输层,这种复合纳米结构结合了非均一性尺寸纳米颗粒以及纳米棒阵列结构,同时也结合了各种纳米结构电子传输层的优点。这种特意设计的电子传输层成功地应用于无空穴传输层钙钛矿电池中,并获得了13.5%的转化效率。此优越的性能的实现归因于复合纳米结构导致的更快的载流子输运以及更低的载流子复合。除了稳定可观的转化效率以外,这种基于复合纳米结构的无空穴传输层钙钛矿电池还兼具廉价、易在开放环境全溶液法制备以及较好可重复性等优势。