染料敏化太阳能电池(DSSC)具有成本低、无毒无污染、制造工艺条件温和、适合大面积连续化生产等优点，在光伏一体化建筑、便携电子产品供电等诸多领域均展现出巨大的应用前景。具有纳米多孔结构的半导体光阳极承载了“染料负载”与“电子输运”两项最重要的功能，是染料敏化太阳能电池的核心组成部分。当前，采用有序、多功能且功能平衡稳定的新型纳米结构替代传统由纳米颗粒构成的无序光阳极，是染料敏化太阳能电池基础研究领域的前沿和难点。气凝胶是一种由湿凝胶经超临界干燥或常压干燥工艺制备的、由固态纳米粒子网络构成的纳米多孔材料，其比表面积远高于TiO2纳米颗粒、纳米线、纳米管、介孔球等材料，将其用于DSSC光阳极，可望能显著提高其染料负载功能及光电转换效率，是当前纳米结构光阳极的新研究热点。如何协调气凝胶颗粒引入对原光阳极体系微观结构尤其是界面结构的影响，如何能充分发挥气凝胶在染料负载方面的优势，同时弥补其在电子输运方面的劣势，是气凝胶复合光阳极应解决的关键问题。本文围绕DSSC光阳极的微结构和功能优化展开研究，通过对光阳极微观结构的调控，强化其在染料负载、电子输运两项重要功能。采用双形貌、双功能氧化钛(TiO2)气凝胶粉体为功能增强材料，与传统具有较好光电转换效率的纳米晶光阳极复合，制备气凝胶复合光阳极材料，探索提高DSSC光阳极光电转换效率的新途径。　　本研究主要内容包括：⑴开发了一种新颖的TiO2气凝胶粉体制备方法，获得了同时具有“多孔结构”和“片状致密结构”的双形貌、双功能TiO2气凝胶粉体，该粉体比表面积达到170m2/g，远高于传统纳米晶光阳极，同时，由于纳米片结构、以及缺氧型Ti6O11晶相的存在，该粉体具有良好的电子输运性能。⑵深入探讨了双形貌、双功能TiO2气凝胶粉体的形成机理，验证了前驱体溶液中“高水-钛摩尔比”可促进TiO2溶胶凝胶过程及氧化钛结晶过程，显著增强气凝胶的骨架强度和结晶度;发现“有机胺盐晶面调控”新机制，通过六亚甲基四胺热分解释放的NH4+对TiO2晶粒高能面的择优吸附、以及NH4+离子高温烧除促进TiO2纳米粒子片状自组装，实现氧化钛无序介孔结构向有序致密纳米片的转变。⑶在此基础上，我们将双形貌、双功能TiO2气凝胶粉体与传统纳米晶光阳极体系复合，制备气凝胶复合光阳极。双功能TiO2气凝胶粉体经球磨后，与传统TiO2水热浆料复合得到复合浆料，再经“刮涂”技术制备气凝胶复合光阳极。气凝胶光阳极具有与纳米晶光阳极相近的微观形貌，表明气凝胶颗粒引入不会对原光阳极体系产生严重不利的影响。⑷与纳米晶光阳极相比，气凝胶光阳极具有更强的可见光散射能力及其更高的染料负载量，气凝胶掺量40％时染料吸附量比纳米晶光阳极提高幅度达110％。针对基于单层“刮涂”浆料的光阳极，随气凝胶掺量逐渐增加(5％-40％)，气凝胶光阳极光电转换效率呈先升后降趋势，气凝胶掺量为20％时效率最高，达6.68％，比参照纳米晶光阳极提高17％。机理分析表明，大幅度增加的染料负载量、以及电子输运速率、光散射效应的增强、电子寿命的延长是光电转换性能提高的主要原因。⑸通过优化光阳极膜层厚度以及散射层，并固定TiO2气凝胶粉体掺量为20％时，制备了两组厚度为～16μm的气凝胶复合光阳极，其光电转换效率达7.99％和8.03％，比传统TiO2纳米晶光阳极提高29％。⑹通过深入分析气凝胶光阳极的微观结构特点，提出了“多级结构纳米晶光阳极”新概念，从材料设计角度，提出了协调光阳极染料负载和电子输运两项功能的思路及方法，即，以零维材料——TiO2纳米晶为基本构建单元，首先构建具有不同形貌的纳米功能组元，然后将其与纳米晶基体复合，得到能有效集成多种形貌和功能的“多级结构纳米晶光阳极”。⑺将气凝胶材料在染料敏化太阳能电池中的应用进行了扩展，在FTO导电基底上制备了TiO2气凝胶薄膜，并将其作为DSSC光阳极中多孔膜与FTO导电基底的阻挡层，有效解决了界面的电子复合问题。TiO2气凝胶阻挡层呈典型纳米多孔形貌，晶粒尺寸为5-25nm，平均孔径为3.8nm，厚度为～300nm，且具有优异的可见光透过性。由于气凝胶阻挡层厚度远大于传统TiO2致密层(～5-30nm)，所以能有效改善FTO基底的表面粗糙状态，增强FTO与介孔TiO2光阳极膜的界面结合。⑻与无阻挡层的电池相比，该气凝胶阻挡层能够显著提高电池的短路电流和开路电压，并有效抑制在FTO/电解液界面的复合反应，延长电子寿命，提高光电转换性能。基于P25型TiO2介孔光阳极的电池光电转换效率为6.00％，比无阻挡层电池(4.41％)提高36％。机理分析表明，电解液尤其是I3-离子在气凝胶阻挡层中的极低扩散率是具有多孔结构的气凝胶膜能够阻挡FTO-电解液界面电子-空穴再复合反应的关键。