随着不断增长的全球能源需求和日益减少的化石燃料以及全球变暖所导致得温度升高问题,要求人类不断努力开发高效且具有成本效益的可再生能源替代品。以半导体纳米材料为光阳极的光电化学光伏电池备受关注,光电化学光伏电池将光能转化为电能,对于能源紧缺和环境污染等问题是一种可行的解决方式。CdS敏化ZnO因同时包含量子点和宽禁带半导体的优点而备受关注,并已应用于光电化学光伏电池的光阳极材料制备中。然而,在ZnO纳米颗粒光阳极中,由于ZnO的堆积性不强,使电子传输到导电基板的路径变长,且导电基板上收集的电子减少。同时,这种光阳极表现出可忽略的光散射能力,导致相对较差的光捕获效率。此外,通过有机液相法合成的CdS量子点（QDs）表面配位基团的存在降低了载流子在量子点中的分离和传输效率,制约了该结构在光电化学光伏电池领域的进一步应用。针对上述制约因素,围绕改善ZnO光阳极特性,以期提高光电化学光伏电池的光电转换性能这一主题,通过制备工艺优化及材料结构调控实现了CdS QDs/ZnO纳米颗粒光电探测器及CdS QDs/ZnO纳米颗粒/纳米微球梯度太阳能电池的制备,所取得的主要研究成果如下:采用水热法制备ZnO纳米颗粒并制成光阳极,在其表面利用连续离子层吸附法（SILAR）沉积CdS量子点,随后组装成光电化学紫外探测器（PEC UVPDs）。通过对CdS QDs敏化ZnO纳米晶前后的XRD、SEM和EDS进行分析,结果表明,CdS量子点已附着在了ZnO纳米晶薄膜的表面。随着CdS QDs沉积次数及沉积浓度的增大,吸光度逐渐增强,CdS QDs/ZnO纳米颗粒光电阳极的光捕获能力显著增强;并且由于CdS QDs的敏化,光阳极薄膜表面缺陷显著减少,器件载流子的复合损失也随之降低。基于此,最优化的PEC UVPD的光电流密度和开关比分别为5.311 m A cm-2和2765。采用溶胶凝胶与溶剂热混合法制备出高结晶度ZnO纳米微球,其介孔的纳米结构具有良好的比表面积和孔洞率。我们利用具有高表面的ZnO纳米晶颗粒（NP）与可见光具有强散射能力的ZnO纳米微球（NS）来制备梯度光阳极,并组装量子点敏化太阳能电池（QDSSCs）。得益于在梯度膜中的ZnO NS具有优异的光散射性能,使其能够增加器件的光捕获能力;ZnO NP大的比表面积可以增加CdS QDs的吸附,进一步提高器件的光捕获能力;CdS QDs/ZnO NS/NP梯度结构能够有效抑制ZnO光阳极/电解质界面处的电子复合,进一步提升器件的光电转换性能。基于此,在相同测试条件下,该电池光电转换效率达到8.2%,比基于纯ZnO NP光阳极及纯ZnO NS光阳极的电池效率分别提高了17%和30%。