染料敏化太阳电池(Dye-sensitized Solar cells,简称DSSC)作为一种有机、无机复合的新型薄膜光电化学(Photoelectrochemical,简称PEC)太阳电池,与晶体半导体太阳电池相比,具有原材料成本低、制作工艺简单等优点,而且产业化准入门槛低、能源回收周期短,成为与环境、能源相关的材料物理化学研究领域的研究热点之一。虽然DSSC已经取得了超过12%的光电转换效率,但是制备高效DSSC的技术只掌握在少数的几个研究组中,而且制备高效DSSC需要高纯度染料,高纯度染料的提纯产率低增加了DSSC的成本,所以,提升普通DSSC效率、制备低成本DSSC的方法具有重要的研究意义。Ti02是最高效DSSC的光电极材料,对其晶粒、晶相、缺陷／空位、晶面暴露等微结构的有效调控,对提高DSSC性能具有重要意义。本文立足DSSC光电极,以制备高效、稳定的DSSC为目标,围绕纳米Ti02的制备、表面微结构调控和开发具有高稳定性的新材料开展工作,主要内容包括：1.以异丙醇钛为前驱体,采用溶胶-水热方法合成了TiO2纳米晶,研究了合成条件对TiO2纳米晶的晶粒度、结晶度以及相转变的影响规律。研究显示,通过控制前驱液的预热处理、水热温度及前驱液浓度等条件,达到对TiO2纳米晶的晶型、结晶度的稳定调控,并实现了晶粒从10-20nm的纳米颗粒到120nm长的纳米棒的增长。采用优化实验条件后得到的TiO2纳米晶的油性浆料,使用精确控制膜厚的刮刀涂布技术,制作成DSSC,凭借制备的TiO2纳米晶的纯锐钛矿晶型、合适的晶粒大小和良好的结晶性,DSSC的光电转换效率达到8.65%。2.利用TiO2胶体中TiO2胶粒吸附带正电的La3+,采用溶胶-水热方法合成了La掺杂的TiO2。La掺杂的锐钛矿相TiO2不但比表面积没有发生变化,而且具有更高的表面氧空位密度。并且在理论上对氧空位的形成机制进行了解释,理论计算结果显示La掺杂的锐钛矿Ti02表面较未掺杂的表面氧空位形成能低。1mo1%掺杂的Ti02制备的DSSC的光电转化效率达到6.72%,较没有掺杂的Ti02制备的DSSC提高了13.5%,提高的效率来自于La掺杂的Ti02表面吸附了更多的染料。3.TiO2可以强烈吸收紫外线,因此可以从紫外线中获得大量能量,利用这一特性,采用高强度紫外线辐照高{001}面暴露的Ti02纳米片,实验发现,锐钛矿相TiO2(001)面经过高强度紫外线辐照后发生(103)面和(103)面重构。通过紫外线辐照,为了调控Ti02纳米片形貌而引入的残留在Ti02纳米片表面的无机表面活性剂F被有效清除；重构后的台阶状表面增加了表面暴露的Ti原子数量,即增加了吸附位点,结合理论计算,台阶状表面也可以充当染料吸附活性位点。使用辐照时间为40min的Ti02纳米片制备的DSSC光电转化效率达到6.14%,较没有经过紫外线辐照处理的DSSC(5.21%)增加了17.6%。4.在新材料开发方面,针对DSSC在户外长期工作中因使用染料和I-/I3-引起的衰减问题,开发出一种新的不使用染料和I-/I3-的PEC太阳电池--BiVO4PEC太阳电池,BiVO4同时作为光吸收材料和电子传导材料,其作用相当于吸附了染料的Ti02光电极。得到的BiVO4PEC太阳电池效率是目前文献报道的类似太阳电池效率的14倍,并且,通过与Fe2O3PEC太阳电池做比较,对PEC太阳电池新材料的开发提出一条建议：对于光催化分解水光电极,在低偏压下具有较高活性的光电极适合作PEC太阳电池光电极。本文对Ti02晶粒、晶相、缺陷／空位、晶面暴露等微结构的有效调控以及对BiVO4材料的探索研究旨在为开发高效、稳定的PEC太阳电池提供实验基础和理论指导。