染料敏化太阳能电池(DSC)是一种新型高效低成本的太阳能电池，增强TiO2纳晶薄膜电极光吸收效率对提高DSC的光电转换效率具有十分重要的意义。本论文从两方面——理论模拟球形大孔薄膜电极的微结构，自主设计制备菜花状TiO2粗糙微球及相应薄膜电极，系统分析了光吸收效率与TiO2纳晶薄膜电极微结构之间的关系，获得以下研究成果：　　 1)用Mie散射理论计算了规则球型孔的光散射特性，以四通量模型和线性扩散理论为基础计算了含有球形大孔的TiO2纳晶薄膜电极的光散射特性和氧化还原离子的传质过程。模拟结果显示，对应最佳的光吸收效果，膜结构为透明膜、散射膜均为4μm，其中散射膜含有15％的直径为200 nm的球形大孔；而对于传质过程，孔含量越多，散射膜的比例越大，扩散极限电流值越大，这是因为电解质在含有大孔的纳晶薄膜内的渗透更加容易所致。　　 2)以三嵌段共聚物为软模版，通过控制各种实验参数得到不同微结构的TiO2纳米材料，在P105模板的辅助下通过控制初始反应温度成功制备了大尺寸(约275nm)、大比表面(334.5 m2/g)粗糙微球，且在450℃烧结30分钟后，该的球形结构和表面粗糙性保持较好，比表面仍高达80.7 m2/g。深入探讨了三嵌段共聚物软模版参与下的颗粒成型机理，粗糙表面形成的原因以及三嵌段共聚物、温度和浓度所起的作用。　　 3)以粗糙微球为光散射中心与小颗粒纳晶TiO2(约20 nm)混合制备新型的纳晶半导体薄膜。纳晶膜由纯小颗粒纳晶构成的透明层以及小颗粒和TiO2粗糙微球混合构成的散射层所组成。粗糙微球在保持染料吸附量的同时，粗糙表面和大尺寸所具备的光散射效应大幅提高了DSC的染料利用率、光吸收效率和光电转换效率。添加25％粗糙微球的光电极效果最佳，其电池效率增加了近1个百分点(从6.39％到7.36％)，显示了粗糙微球具有的大比表面积和强光散射效应双重功能。