随着人类文明的进步，对环境和能源的要求越来越高，清洁可再生能源一直以来都是人类追求的梦想。半个世纪以前，太阳能的开发利用使得人类离梦想又近了一步，光伏太阳能电池从最初昂贵的空间应用发展到了现在可接受的商业化民用，不过人们一直还在寻求开发制备更为经济实用的新型太阳能电池。其中染料敏化太阳能电池是近年来发展最为迅速的一类新型太阳能电池，与传统的光伏电池相比，有着不同的工作原理，它的电子空穴产生、分离及转移分别发生在两相之间，因此可用纯度相对较低的材料制备组装电池器件，从而大大降低整体器件的成本。　　染料敏化太阳能电池中一个重要的组成部分为半导体光阳极，它对电子的分离和转移起到非常关键的作用。最为常用的是一类纳米晶TiO2颗粒组成的多孔膜层，有着很高的比表面积，可吸附大量的染料分子，从而吸收足量的光能，但是由于纳米颗粒之间的晶界多，使电子-空穴的复合较为严重。因此近年来很多研究者着力于研究一维纳米材料在染料敏化太阳能电池中的应用，相比于纳米晶颗粒膜，一维纳米材料膜层可为电子提供直接的传输路径，加速电子的输运，降低电子的复合损失，但仍存在比表面积相对较小的弊端。　　本论文针对上述关键性问题，侧重发展多种一维TiO2纳米材料，如纳米管，纳米棒，并通过多种后处理策略增加一维TiO2纳米材料的有效比表面积，提升染料分子的负载量，以增强对光的吸收;通过评价染料敏化太阳能电池的光电转化性能，考察其中的关键影响因素;通过电化学谱学技术研究染料敏化太阳能电池中电子传输和复合特性及界面行为。主要研究成果和进展如下:　　(1)在钛基底表面通过多次阳极氧化制备了规整的TiO2纳米管阵列膜，发现在纳米膜层小于20μm时，多次氧化获得的纳米管阵列具有更加规则平整的表面结构，在同样膜厚的情况下，由二次氧化制备获得的纳米管阵列组装成的染料敏化太阳能电池具有更好的光电转化效率。随着热处理温度的增加，TiO2由无定形态逐渐转化为锐钛矿，结晶度的增加可有效减少TiO2纳米管阵列的表面态和缺陷，降低电子复合的几率。但温度过高可使纳米管与纯钛基底间的阻挡层优先转化为金红石相，导致两相间结合力变差。热处理过程中F-离子的存在可诱导纳米管的颗粒化，通过优化条件可获得纳米管和颗粒的复合结构，此结构可提高染料吸附量和增强电解液流通性，从而有效地提高染料敏化太阳能电池的效率。　　(2)采用三种不同的制备方法在TiO2纳米管阵列中沉积纳米Ag颗粒，获得Ag/TiO2纳米管阵列复合电极，并作为光阳极应用于染料敏化太阳能电池中，研究表明，少量的纳米Ag颗粒可引发局域等离子共振效应增强光的吸收，但过多的Ag纳米颗粒又可成为电子复合中心，降低电池的整体性能。　　(3)在FTO导电玻璃表面阳极氧化制备了透明TiO2纳米管阵列膜，研究了各种参数对透明TiO2纳米管阵列膜形成的影响。选用合适的透明TiO2纳米管阵列膜，并进行一系列的后处理，然后作为光阳极应用于染料敏化太阳能电池中。结果显示，纳米颗粒的复合可显著提高光阳极的有效比表面积，而通过构筑多层结构可有效增加光的散射，从而提高光的利用率。通过电化学阻抗谱比较TiO2纳米颗粒(P25)膜和透明TiO2纳米管阵列膜及经后处理优化后的膜层在染料敏化太阳能电池中的电子传输和复合性能，发现TiO2纳米管阵列膜比P25颗粒膜表现出更加优越的电子传输性能，而在对TiO2纳米管阵列进行适当颗粒复合后仍可保持较好的电子转移和传输性能。　　(4)在FTO表面水热生长制备了金红石TiO2纳米棒阵列，经化学刻蚀，增加TiO2纳米棒阵列的比表面积，然后合成不同尺寸的Au纳米颗粒附着于TiO2纳米棒阵列表面，并作为光阳极应用于染料敏化太阳能电池中，结果显示，Au纳米颗粒可通过局域等离子共振效应有效地增强染料对光的吸收，提高电池的效率。通过强度调制光电流/光电压谱表征进一步研究表明，由于Au纳米颗粒的金属性，少量Au纳米颗粒的存在还可加速电子的传输，提高电子的收集效率，但过多的Au纳米颗粒同样可能加剧电子的复合，从而降低电池的能量转化效率。