一维有序单晶TiO₂纳米阵列作为一种重要的无机半导体纳米结构，因其独特的光学和电学特性以及便于电子传输的几何特征等优势，不仅在光催化、光致变色、光伏电池等领域成为人们关注的焦点，而且在锂电池、传感器以及微纳电子器件等领域也有着广泛的应用价值。尤其是直接生长在导电衬底上的无支撑自立的一维有序单晶TiO₂纳米阵列由于直接和收集电极连在一起，有利于提高注入电子的收集效率，可在多种光电器件中应用并提高器件的性能。另一方面，在导电基底上直接生长一维有序单晶TiO₂纳米阵列结构，还为制作光电器件提供了便利。但是，由于TiO₂的晶体结构的对称性和ZnO差别很大，使得定向生长有序单晶TiO₂纳米阵列电极比较困难。在本论文中，我们尝试用一种简单的水热合成方法直接在FTO导电玻璃上制备不同长度的一维有序单晶TiO₂纳米阵列薄膜，并探讨了所制备的一维TiO₂纳米阵列在几种不同太阳能电池器件中的应用。主要研究内容如下:1.在水热反应条件和较低的反应温度下，制备直接生长在FTO导电玻璃上的一维有序单晶金红石相TiO₂纳米线（棒）阵列。通过控制水热反应的时间和水热反应循环的次数，制备不同直径和长度的一维有序单晶TiO₂纳米阵列。通过实验数据分析可知，FTO导电基底和四方结构金红石相TiO₂之间的晶格匹配关系是促使TiO₂沿[001]方向垂直于FTO基底趋向生长的重要原因。对一维有序单晶TiO₂纳米阵列的生长过程和反应机理进行了详细的分析和讨论，并研究了在酸性刻蚀条件下TiO₂纳米线（棒）阵列向TiO₂纳米管的转变过程。2.将所制备的不同结构的一维有序单晶TiO₂纳米阵列应用在染料敏化太阳能电池的光阳极中，研究了不同形貌结构的TiO₂纳米线阵列对染料敏化太阳能电池性能的影响。在纳米线长度为2μm，直径为90nm时，所制得的染料敏化太阳能电池的光电转换效率最高，此时电池的开路电压为0.65V，短路电流密度为5.75mA/cm²，填充因子为53%，光电转换效率为2%。通过染料的解吸附实验，分析了染料吸附量，透光率等因素和染料敏化太阳能电池性能的关系。这为我们进一步制备高质量的TiO₂纳米阵列结构指明了方向。3.在量子点敏化太阳能电池中，与TiO₂纳米颗粒薄膜相比，一维有序TiO₂纳米阵列结构更有利于量子点在光阳极表面的吸附和电解液的填充。我们将所制得的一维TiO₂纳米阵列薄膜应用在量子点敏化太阳能电池中，利用连续离子层吸附和反应的方法在TiO₂纳米阵列表面沉积CuInS₂量子点，研究了不同量子点吸附层数对电池光电性能的影响。在优化吸附层数和加入缓冲层条件下，CuInS₂量子点敏化TiO₂纳米阵列太阳能电池的开路电压为0.56V，短路电流密度为4.51mA/cm²，填充因子为41%，光电转换效率为1.06%。展示了比CuInS₂量子点敏化TiO₂纳米颗粒薄膜更高的能量转换效率，证明了一维有序单晶TiO₂纳米阵列优异的电荷传输性能。4.在胶体量子点光伏器件中，一维有序单晶TiO₂纳米阵列可以用来作为电子接受电极；利用一维有序单晶TiO₂纳米阵列除了可以为光生电子-空穴对提供必需的分离界面外，还可以为分离后的载流子提供传输到收集电极的直接通道，从而提高激子的分离和收集效率。我们把合成的一维有序单晶TiO₂纳米阵列应用在胶体量子点太阳能电池中，利用量子点原位合成和薄膜沉积技术，构筑耗尽体相异质结构的CuInS₂胶体量子点太阳能电池。研究了基于一维TiO₂纳米阵列的体相异质结的构筑方法及其光电性能，详细考察了一维有序单晶TiO₂纳米阵列电极对耗尽体相异质结结构复合薄膜光电性能的影响，对纳米尺度范围内表界面间光生电荷的分离、传输过程和机理进行了深入的探讨。