太阳能是一种无污染、取之不尽、用之不竭的能源,在未来的能源结构中,太阳能无疑将占据最重要的地位。染料敏化太阳能电池(DSSCs)以其高效率、低成本和制作简单而引起了人们的广泛关注,目前,由瑞士Gratzel研究小组研发的TiO2基染料敏化太阳能电池的光电转化效率已超过12%。近年来,染料敏化太阳能电池虽然取得了重大突破,但离产业化还有很大的距离,成本、效率和长期稳定性是制约DSSCs发展的瓶颈问题。为了进一步改善电池性能和降低电池制造成本,学位申请人从两方面着手,一方面利用电化学阻抗谱(EIS)技术研究电池的界面特性,探讨电子和离子在电池内部的传输机制,寻求改善电极性能的方法；另一方面用廉价的天然染料做敏化剂,讨论天然染料敏化的电池性能,期望能进一步降低电池成本,推动其产业化进程。论文包括以下几部分内容：(1)采用水热法制备TiO2浆料,测试了不同的聚乙二醇4000(PEG)添加量、不同静置时间和不同光照强度的DSSCs的光电性能和EIS。测试结果显示PEG添加量为TiO2质量的10%时DSSC阻抗最小,输出电流密度和光电转换效率最大。电池的短路电流随着光照强度的增加而增加,而填充因子却随着光强的增加而减小,光电转换效率随着光强的增加先增大后减小。阻抗谱测试结果显示,界面电阻Rk、RPt和Rw随光强大致呈下降趋势；随着静置时间的延长,电池的光电输出性能下降,但是阻抗谱在低频区的响应更有规律。(2)采用Cr(NO3)3、Sr(NO3)2、La(NO3)3、Ce(NO3)3、Co(NO3)2、Mg(NO3)2对TiO2薄膜表面进行修饰,用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光电子能谱(XPS)测试电极的物相及表面结构,用电化学工作站测试电池的I-V曲线和电化学阻抗谱。结果显示,经适当时间的浸泡烧结后,会在TiO2表面留下一层粒径较大的包覆层,包覆层使得电极的总表面积有所增大,染料吸附量增多,从而提高了电池的光电转换效率。EIS测试结果显示,表面修饰电极的界面电阻大于未修饰电极,界面电阻的增大是暗电流减小和光电转换效率提高的因素之一。(3)根据加入I-浓度的不同设计了三种电解质,用这三种电解质溶液分别组装电池,测试电池的EIS,分析了阻抗谱的形状,探讨了电解质对电池界面性能的影响。实验发现,电解质对Rk和Cμ的影响都很大。高偏压段Rk和Cμ与外置偏压都呈指数规律变化。在相同的电解液中分别用三电极法和两电极法测试电池阻抗谱,分析-0.8V和-0.9V偏压下阻抗谱的形状特征,讨论测量方法对电极界面性能的影响。结果显示,-0.8V偏压下测试的两电极电池在低频区出现了感抗,而三电极电池在低频区出现了半无限扩散线；-0.9V偏压下,两种电池低频区由于测试限度问题均出现了不完整的圆弧部分,拟合结果显示三电极电池的界面电阻和扩散电阻均小于两电极电池。(4)用水溶剂提取法从火龙果皮、心里美和紫甘蓝三种天然植物中提取色素,用无水乙醇从冬青叶、麦冬果实、山竹皮、樟树叶、樟树果实等5种天然植物中提取色素,测试了天然染料的UV-vis吸收光谱特征及天然染料敏化的DSSC的性能特征。光电性能测试结果显示,在水溶液榨取的染料中心里美敏化性能最佳；无水乙醇萃取的染料中山竹皮敏化效果最佳,EIS测试结果显示心里美、冬青和山竹皮敏化的DSSCs在暗态下有最大的Rk值,说明暗反应最弱,光电性能最好,和IV测试结果一致。利用超声波萃取法,用无水乙醇和丙酮混合溶液从29种天然植物中提取色素,测试了29种天然染料敏化的电池的紫外可见光吸收光谱和I-V曲线,实验发现29种植物敏化的DSSCs的Voc从0.46V变化到0.64V,Isc从0.05mA·cm-2变化到3.01mA·cm-2。