太阳能以其清洁、可再生、储存丰富等优点被认为是21世纪最有前景的新能源，光电化学电池是利用太阳能的一种有效途径，TiO2和硅作为优良的半导体材料广泛用于光电化学太阳能电池中。TiO2是一种宽禁带半导体材料，吸收波段为紫外光波段，导致光电效率比较低。一方面各种不同TiO2纳米结构被合成，通过增大吸收光表面积和表面的陷光结构提高对光的吸收，另一方面通过和不同禁带宽度的半导体复合，提高对光电子的转换效率。晶硅对太阳光具有良好的光电效应，但是平面硅对光反射比较大，导致太阳光的吸收效率较低，通过设计制作各种表面微结构可以大大提高太阳光的吸收效率。　　本文第一部分叙述了利用阳极氧化法和水热法合成新颖的复合TiO2纳米结构，由金红石相态和锐钛矿两种相态组成，这种复合结构对光具有良好的吸收效率，而且由于金红石相态和锐钛矿的结合，形成异质结，促进了光生载流子分离和传递。将其应用于光解水，与TiO2纳米管作为光生阳极材料相比，7.5 h水热合成的复合TiO2纳米结构，光生电流达到0.71 mA/cm2，光电效率获得了三倍的提高。　　本论文第二部分叙述了利用光刻和电化学腐蚀方法制作出周期的大孔黑硅，在300-1000 nm波段，光吸收率达到95％以上，大孔黑硅的少子寿命接近于未腐蚀的平面硅，大大高于通过化学腐蚀制作的硅纳米线，因其表面并未产生大量缺陷，光生载流子能够有效地得到分离和传递。将其与Br2(8.6M)/HBr(0.05M)组成光电化学电池，在紫外光波段基本被电解质液体吸收的情况下，获得了6.3％光电转换效率，大大高于平面硅和硅纳米线的光电转换效率，证明这种大孔黑硅具有优异的光电性能，在晶硅光伏电池领域具有很好的应用前景。