当今高速发展的世界,能源是其主要动力之一,太阳能的开发利用是解决能源短缺和环境污染问题的关键着力点。染料敏化太阳能电池具有成本低廉,安全稳定,转化效率高等优点,被认为是实现太阳能大规模利用的主要候选者。光阳极的结构和组分是影响染料敏化太阳能电池转化效率的主要因素,是当前各位研究者的讨论热点。不同纳米结构的光阳极,如纳米线,纳米棒以及纳米管等,能够一定程度上提高材料的比表面积,从而提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。本文利用COMSOL Multiphsics软件,在外界入射电磁场、温度场、静电场等多个物理场的模拟环境下,利用两步光电耦合的方法成功建立了一套准确的染料敏化太阳能电池仿真模型。该模型包括光响应模型和电子传输扩散模型,揭示了染料敏化太阳能电池的光电响应特性和电子流传输过程。其中,光响应模型研究染料敏化太阳能电池微结构的光捕获能力及其影响光电子产生的因素,而电子传输扩散模型则揭示了光电转换后电子在光阳极半导体导带中的传输扩散过程。根据太阳光在染料敏化太阳能电池内部的传播机制,以及电子在光阳极半导体上的传输扩散机理,优化了传统二氧化钛薄膜染料敏化太阳能电池的光阳极结构。即在电池的光阳极内部引入了一层导电材料,既使得更多的太阳光在电池内部散射,提高了电池的光捕获能力;又能够缩短光生电子在光阳极半导体上的传输扩散距离,降低了光生电子与电解质离子复合损失,从而提高了染料敏化太阳能电池的光电转化效率。模拟结果表明,我们设计的三种不同纳米结构的光阳极,带平面分隔导电层的TiO₂薄膜、带sin曲面分隔导电层的TiO₂薄膜以及带双平面分隔导电层的TiO₂薄膜,与传统TiO₂薄膜光阳极相比,其染料敏化太阳能电池的光电转化效率分别提高了11.7%、7.2%和28.84%。研究表明,合理地优化染料敏化太阳能电池的光阳极纳米结构是提高染料敏化太阳能电池光电转换效率的有效方法。