染料敏化太阳能电池（DSSCs）,由于其设计理念新颖,生产成本低,转换效率高,已经成为可再生能源研究领域中最有前途的太阳能电池之一。目前TiO₂基染料敏化太阳能电池主要存在两个问题:在可见光区的吸收强度弱,对红外光的能量利用缺失,导致电池的吸收光谱与太阳光谱不匹配。TiO₂自身大量的表面态及氧空位引发的界面光生载流子的复合,较宽的带隙造成光生电子注入效率低。因此研究制备新型高效的染料敏化太阳能电池光阳极材料是非常必要的。针对以上TiO₂基染料敏化太阳能电池存在的问题,本论文从改进TiO₂光阳极材料出发,制备了氟、稀土上转换材料TiO₂复合光阳极,扩大了电池在可见光区的吸收范围,增加了电池对近红外光的利用;改善了光阳极薄膜内光生电子的分离和注入能力以及电池内部界面载流子的复合情况;最终提高了电池的光电转换效率。选择了氟离子对TiO₂进行改性,研究了氟掺杂对TiO₂光阳极薄膜内光生电子的分离能力、注入行为以及电池内部载流子的转移行为的影响。实验结果表明:氟离子掺杂可以使TiO₂的吸收带边发生红移,平带电位正向移动,费米能级下降,电子注入的驱动力增大,有利于增加短路电流;能够提高电子的传输能力,抑制光生载流子的反向复合,延长电子寿命,最终使得F掺杂TiO₂光阳极电池的短路电流增加了23.1%,电池的光电转换效率提高了16.2%。在氟掺杂TiO₂的基础上,我们采用了氮、氟离子共掺对TiO₂进行改性,合成出了具有花瓣状形貌的N,F-TiO₂,实验结果证实:氮、氟离子共掺TiO₂与氟离子单掺TiO₂相比,更能够有效地提高TiO₂的光电性能。氮、氟离子共掺杂之后,TiO₂的平带电压由-0.60 V改变为-0.35 V,使得光生电子注入导带的驱动力增加,提高了由染料注入导带的电子注入量,电子快速注入的同时也降低了注入电子与染料阳离子或I3-的复合几率;拓宽了TiO₂在可见光区的吸收范围,提高了对可见光的利用率;花瓣状形貌的N,F-TiO₂作为光散射层,增强了光阳极薄膜对太阳光的捕获率从而增强了光电流。最终使得N,F掺杂TiO₂光阳极电池的短路电流达到21.84mA cm-2,和空白电池相比,光电流提高了52%,电池效率提升了22%。YbF3-Ho与TiO₂异质结构光阳极能够增加电池对近红外光的利用,稀土上转换核壳结构（YbF3-Ho@TiO₂）和稀土/TiO₂异质复合结构（YbF3-Ho/TiO₂）能够有效地解决上转换纳米材料因电子传输性能较差,在电池中容易充当复合中心,引发严重的界面电子复合反应的问题。实验结果表明:YbF3-Ho与TiO₂异质结构光阳极不仅能够增加电池对近红外光的利用,YbF3-Ho/TiO₂复合纳米材料中的激发态电子能够通过YbF3-Ho与TiO₂间的异质界面直接注入TiO₂导带,产生光电流;异质结构的光阳极能够促进光生电子与空穴的分离,抑制光生电子与空穴的反向复合过程,延长光生电子寿命;最终使得电池的光电转换效率提高了21²3%,短路电流增加了17¹9%。与稀土上转换材料复合TiO₂相比,稀土离子修饰氟掺杂TiO₂缩短了上转换粉体与敏化剂之间的距离,原位的将近红外光转换为可见光为敏化剂吸收,进一步提高了稀土上转换材料与敏化剂之间的能量传递效率。制备了Er3+/Ho3+,Yb3+修饰氟掺杂TiO₂,实验结果表明:适量氟离子掺杂能够增强TiO₂中光生电子-空穴的分离;减少TiO₂表面存在的大量羟基,增强稀土离子的上转换发光;平带电位的负向移动增加了TiO₂的费米能级与电解质中氧化/还原电对间的能级差,提高了电池的开路电压;双层结构的光阳极电池能够促进薄膜内光生电子的传输,抑制载流子的反向复合,延长电子寿命;N719能够更有效的吸收Ho3+,Yb3+修饰氟掺杂TiO₂上转换的绿光,这使得Ho3+,Yb3+修饰氟掺杂TiO₂的电池性能比Er3+,Yb3+修饰氟掺杂TiO₂的电池性能要好;最终使得电池的光电转化效率达到了10%,与空白电池相比光电转换效率提高了37%。