本论文较系统的研究了海胆状Zn/ZnO微纳结构光阳极的设计、合成、表征以及相关染料敏化太阳电池(DSSCs)的组装、测量与分析;研究了烧结法制备该光阳极中,退火时间对于其微观形貌及结构的影响;基于连续性方程,建立了与该光阳极几何结构相吻合的强度调制光电压谱(IMVS)的动力学模型;细致分析了光阳极的微观形貌、结构等对于电子传输时间、复合寿命、电子收集效率,乃至电池光伏性能的影响机理。较系统的研究了在全空气环境中平板结构钙钛矿太阳电池的制备、组装、表征以及光电性能的测量与分析;研究了钙钛矿吸收层在空气中的退火过程对于其微观形貌、结构、晶体结晶性等产生的影响;基于连续性方程,建立了与该光阳极几何结构相吻合的IMVS的动力学模型;细致分析了界面在电子传输复合过程中所起的作用及其对于电池光电性能所产生的影响;并由此提出在全空气环境中制备钙钛矿太阳电池,提高其转化效率的可能途径与方法。全文研究内容概括如下:(1)通过一步烧结法合成了海胆状Zn/ZnO异质结微纳结构,并以此作为光阳极组装了 DSSCs。研究表明,与传统一维ZnO纳米线阵列相比,基于新型海胆状Zn/ZnO光阳极的DSSCs表现出更好的光电性能,这可以归结为海胆特殊的几何结构:i)高度的分枝网络结构与一维结构相比,具有更大的比表面积,因此能够吸附更多的染料分子,增加光吸收。另外,海胆结构中由于孔隙较大,在不牺牲电子传输特性的前提下,能够为电解液的扩散提供更多通道;ii)海胆结构中的一维ZnO纳米线,能够为电子的传输提供“高速公路”,减少电子复合损失;iii)由于金属的费米能级较低,光子被激发后,ZnO纳米线中的光生电子更易于流向Zn/ZnO界面,进入金属内核并最终被FTO收集。形成的金属/半导体Schottky结就相当于一个“电子的收集器”。这些原因正是电池的短路电流、填充因子和转化效率都有所提高的主要原因。(2)基于海胆状Zn/ZnO核壳微纳结构的光阳极的DSSCs以及连续性方程,建立了 MVS动力学模型,并通过该理论模型来研究电子在光阳极中的传输与复合过程。重点研究了退火时间对于海胆微纳结构的微观形貌、结构的影响,并进一步揭示界面上的缺陷态、表面态对于电子寿命、传输时间、收集效率产生影响。(3)通过极为方便的低气压化学气相沉积辅助溶液的方法,在全空气环境中制备了具有平板结构的钙钛矿太阳电池。和完全的溶液法相比(包括一步法和两步法),气相沉积法制备的CH3NH3PbI3薄膜均匀致密、表面光滑,针孔较少。对于制备的钙钛矿吸收层,在空气中退火,以促进CH3NH3PbI3晶粒进一步生长,达到有效减少晶界数目,提高晶体结晶性的目的;分别对退火以及未退火的两组样品进行了 Ⅰ-Ⅴ对比测试,研究退火过程对于电池光伏性能的影响。(4)基于连续性方程,我们建立了与该平板结构相吻合的IMVS动力学模型。与已有报道的典型DSSCs的IMVS模型相比,本文所建立的IMVS动力学模型的理论计算与实验结果吻合得更好。这是因为:一方面,DSSCs中的Schottky界面将被钙钛矿电池中的半导体异质结界面代替,另一方面,边界条件的不同,连续性方程的解,即电子的分布函数也不同。除此之外,我们用强度调制光电流/光电压谱(IMVS/IMPS)来研究退火过程对于电子传输复合过程的影响。由于研究表明界面是电子发生复合的主要场所,因此,界面上的缺陷态、表面态,将对电子在光阳极中的输运过程产生显著的影响,从而最终决定了电池的光伏性能。