随着矿物能源的大量开发和利用,开发新的可再生替代能源已经成为人类面临一项极为重要和艰巨的任务。作为矿物能源的替代能源,太阳能最具开发和利用前景。目前太阳能电池是有效利用太阳能的一种重要途径。其中二十世纪九十年代发展起来的染料敏化纳米晶膜太阳能电池由于具有许多独特的优点,因此相关领域的研究越来越受到广泛的重视。染料敏化太阳能电池主要由半导体纳米晶薄膜、电解质以及染料敏化剂及对电极构成。其中半导体纳米晶薄膜对染料敏化太阳能电池的光电性能有非常重要的影响。本论文主要从这一方面着手,研究改善太阳能电池光电转化效率的方法和途径。1.在对半导体纳米晶TiO2电极的研究中,人们发现在TiO2纳米晶电极表面有大量表面态存在,这些表面态俘获载流子加剧电荷复合,是制约染料敏化太阳能电池转化效率的一个主要因素。本文我们用水热法合成F掺杂TiO2胶体,并进一步制作F掺杂TiO2薄膜电极。F掺杂离了的存在,能够有效的抑制电荷复合,显著提高了光电流,因而改善了电极的光电转化性质。研究表明,N3敏化F掺杂TiO2纳米晶,电极太阳能电池在100mW/cm2的白光照射下的光电转化效率为8.07%,而没有掺杂的电极的转化效率为7.25%,光电转化效率提高了近11.3%。此外,我们还研究了纳米结构TiO2(F0.05)电极在不同PH水溶液电解质中的平带电势和陷阱态性质。结果表明TiO2(F0.05)电极的平带电势与电解质的pH呈线性关系,其线性方程为Efb=-0.54-0.04pH vs Ag/AgCl。通过测量电流-时间曲线,研究了TiO2(F0.05)电极的陷阱态分布,发现陷阱态密度也依赖于电解质的pH,随pH的增加,陷阱态密度增大。在pH为3.0、6.8和13.0时的态密度分别为1.53×1015、8.46×1015和2.83×1016cm-2,最大陷阱态分布分别位于-0.23、-0.57和-0.85v,循环伏安中最大陷阱态分布分别位于-0.22、-0.52和-0.81V,两者结果非常吻合。而且随着pH值的增加,循环伏安曲线上的峰也逐渐增大,这表明陷阱态最可能与表面有关。2.由于TiO2电极表面与电解质之间缺少耗尽层,注入到半导体导带中的电子容易与电解质中的氧化性物质发生电荷复合,这是影响染料敏化太阳能电池转化效率的一个主要因素,因此如何降低电荷复合就成为改善光电转换效率的关键。本文选用BaSO4作为修饰层,并研究了BaSO4修饰层对纳米晶TiO2(F0.05)电极的电化学和光电化学性能的影响。结果表明,BaSO4修饰层对纳米晶TiO2(F0.05)电极的平带电势影响很小,但修饰后电极的表面态密度显著减小,有效地抑制了电荷复合,电池的光电转化效率有所增加,但修饰层过厚时,光电转化效率减小。N3敏化修饰二层BaSO4的纳米晶TiO2(F0.05)薄膜太阳能电池在100mW/cm2的白光照射下的光电转化效率值达到最大,为8.57%,与未修饰的电极相比增加了6.6%。3.用水热法合成N-F掺杂TiO2胶体,并进一步制作N-F掺杂TiO2薄膜电极。并将电化学和光谱电化学方法用于测定纯TiO2和N-F掺杂TiO2电极的Efb和表面态,从而测定N-F掺杂对纯TiO2电极电化学性质的影响。此外,我们把纯TiO2和N-F掺杂TiO2电极在N3染料中敏化研究其光电化学性质。结果表明,N-F掺杂对TiO2电极的平带电势影响很小,掺杂后电极的表面态密度显著减小,有效地抑制了电荷复合,使电池的光电转化效率得到改善。N3敏化纳米晶N-F掺杂TiO2薄膜太阳能电池在100mW/cm2的白光照射下,光电流和光电压都有显著改善,光电转化效率为8.61%,与未掺杂的TiO2电极电池相比,转化效率增大了17.1%。