随着经济的快速发展以及传统能源的日益枯竭,使得人们越发关注新能源的开发及利用；太阳能作为一种清洁能源被认为是传统能源的最佳替代者。相对于传统硅基太阳能电池,染料敏化太阳能电池以其工艺简单、价格低廉、环境友好等优点引起研究者的广泛关注。然而,传统染料敏化电池的商业化应用仍然受到一些设计及技术因素的制约。首先,传统染料敏化太阳能电池有液态有机电解液,其流动性会严重影响电池的使用寿命,而且复杂的电解质系统会增加封装的成本,影响电池的稳定性以及安全性。其次,常用的透明电极如氧化铟锡、氧化氟锡的成本较高而且不适合用于柔性光伏器件。再次,传统染料敏化太阳能电池中的分子厚度过大时,被激发后容易引起辐射复合、缺陷复合等其他损耗降低了染料敏化电池的能量转换效率。另一方面,较薄的活性层会使得光吸收减少,而造成光电转换效率很难提升。针对这些传统染料敏化电池应用中制约性因素,本论文主要围绕如何提高太阳能电池的光电转换性能为主题,利用金属纳米颗粒的表面等离子体共振增强机理,借助石墨烯超高的载流子迁移率以及极高的透光性等优势,设计及制备新型的固态太阳能电池；同时在有限时域差分软件(FDTD)中构建器件的物理模型,从理论角度深入研究电荷及能量在表面等离子体纳米颗粒、导和与石墨烯界面处的传输机理,分析所研究体系中太阳能电池光电性能的影响因素。主要的研究内容分为以下三个方面：1利用石墨烯单原子层所具有的一些优势如透光性、载流子迁移率等优势,用石墨烯来代替传统染料敏化电池复杂的电解质及对电极,依次通过背电极、宽禁带半导体、染料敏化分子层、石墨烯层以及金属纳米颗粒层的叠层排列,构建一种全新的结构紧凑集约型固态染料敏化太阳能电池。选用传统染料敏化电池常用的钌配位Z907染料分子,以单晶二氧化钛作为半导体,在其背面蒸镀低功函的铟与银合金作为背电极,并通过蒸镀8 nm金、银合金膜退火形成的纳米颗粒作为表面等离激元来提高太阳能电池的光电转换性能。通过不同成分表面等离子激元颗粒的光电转换性能以及物理表征进行具体分析,探索其所引起的太阳能电池的性能变化的原因,同时在FDTD软件中依照所设计的固态染料敏化太阳能电池结构建立物理模型,结合电池器件设计原理分析金属纳米颗粒所产生的表面等离子体共振增强能量,如何汇聚到石墨烯与半导体层界面处,进而激发吸附在二氧化钛表面的染料分子,提高太阳能电池的光电转换效率；从理论上丰富和完善所设计的表面等离子增强固态染料敏化太阳能电池的作用机理。2通过交替蒸镀不同厚度的合金膜,退火形成不同粒径大小的纳米颗粒,参考之前设计的固态染料敏化太阳能电池工艺制备器件,测试表面等离子体纳米颗粒粒径对光电转换性能的影响。对比不同的合金膜厚度所制备电池器件的光电转换效率,并深入分析影响电池性能的纳米颗粒相关因素；同时参考不同厚度合金膜SEM表征所测试出的颗粒粒径及间距,在FDTD软件中建立合金不同粒径大小的物理模型,从理论角度定量分析纳米颗粒的大小及彼此之间的间距对石墨烯和二氧化钛界面的能量分布的影响原因,进而探讨颗粒粒径对电池器件光电转换性能的影响。3选用典型的荧光类分子吖啶橙作为光激发染料,将其通过蒸镀组装到石墨烯上,并组装与之吸光度曲线相匹配的银纳米颗粒,构建原子级别接触的Ado+NPs/Gr/TiO2三元界面,制备出一种表面等离子增强的选择性隧穿太阳能电池。通过对比有无添加银纳米颗粒在电池器件的光电转换性能测试结果,表明银纳米颗粒所引发的表面等离子体共振增强能够激发吸附在其周围的吖啶橙分子,进而有效提高其在对应波段的光电转换效率。因为这个体系的吖啶橙分子是组装在器件的最外层,本文研究了不同厚度的吖啶橙分子对电池器件性能的影响,并结合其光学表征对电子和能量在选择性隧穿太阳能电池的三元界面处的传输理论进行了深入探讨；同时运用FDTD软件构建太阳能电池的Ado+NPs/Gr/TiO2三元界面物理模型,从理论角度简要分析随着厚度的增加对电池器件的整体性能所产生影响的原因。