能源是社会与经济发展的重要支柱,传统化石能源推动经济发展的同时对环境、气候及人类健康造成了诸多问题。因而可再生能源的研究受到了全世界的广泛关注,太阳能因其具有清洁、便利、取之不尽、维护成本低等优点成为了新能源领域的研究热点,其中染料敏化太阳能电池（DSSC）和钙钛矿太阳能电池（PSC）一出现就迅速成为了广大科研工作者研究的热点,二者均具有结构与工艺简单、成本低、透明、可柔性制备等优点。PSC由DSSC发展演变而来,二者均是具有“三明治”结构的太阳能电池,其光阳极一般采用半导体氧化物作为电子传输材料,抽取和传输有机染料和无机钙钛矿光敏材料的激发态电子。因而光阳极的电子传输能力在这类电池光电性能中起着重要的作用,光阳极最常用的半导体氧化物为二氧化钛。在各种形貌二氧化钛纳米材料中,一维和二维纳米二氧化钛具有优异的电子传输能力,常被用作DSSC和PSC的光阳极材料。为了取得更高的光电转换效率,研究人员采用各种办法来改善光阳极的电子传输能力,本文旨在通过对DSSC和PSC光阳极结构、组成的研究来提升太阳能电池的光电转换效率,并分析其机理。本文研究内容主要包括以下四个方面:⑴退火氛围对TiO₂纳米棒阵列光电性能的影响采用简单的水热合成方法在FTO透明导电基底制备了TiO₂单晶纳米棒阵列,在空气、氩气和真空氛围下对TiO₂纳米棒阵列进行退火,研究了退火对其结构、形貌、吸光和DSSC光电性能的影响。研究了不同退火氛围下PEC电池的光电流、电化学阻抗谱和Mott-Schottky特性。实验结果表明,不同退火氛围下纳米棒的耗尽层宽度和DSSC性能具有相同的趋势,从一个角度解释了退火对DSSC性能的影响,其中空气氛围中光电转换效率最高,从0.98%提升到4.4%。⑵碳材料掺杂粘结层对TiO₂纳米管阵列光阳极光电性能的影响采用阳极氧化法在钛片上制备了TiO₂纳米管阵列,并将其从Ti基底上剥离,用TiO₂多孔膜将纳米管阵列粘结到透明导电基底FTO上。采用Hummers法制备了石墨烯,将石墨烯和酸化处理的碳纳米管混合物作为碳源,掺杂到多孔膜粘结层,改善粘结层的电子传输能力,研究了掺杂前后粘结层的结构、形貌和光电性能。实验结果表明,掺入适量的碳材料可以降低光阳极的电子传输阻抗,提升DSSC的光电转换效率,掺入量为0.1wt%,光电效率最高,由4.87%提升到6.17%。⑶TiO₂纳米片/纳米管掺杂多孔层对其PSC性能的影响采用碱性溶液水热合成法,从TiO₂纳米颗粒剥离纳米片,改变碱性浓度将纳米片卷曲为纳米管。将纳米片和纳米管掺入到PSC的多孔层中,研究了纳米片/纳米管以及掺杂之后多孔膜的结构、形貌及光电性能。实验结果表明,纳米片/纳米管掺杂之后钙钛矿层的吸光能力得到提升,进而提升了PSC的光电转换效率,纳米片和纳米管均在1%掺入量时性能最佳,效率分别13.2%提升到15.58%和15.03%。⑷Nb/Ta掺杂多孔层对其PSC性能的影响采用Nb/Ta作为掺杂源,对PSC的多孔层进行了掺杂,研究了Nb/Ta掺杂后对多孔层和钙钛矿层形貌、吸收光谱和PL谱的影响。实验结果表明,Nb/Ta元素的进入,不仅可以提升光阳极的电子传输能力,同时可以改善钙钛矿层的成膜质量,提升PSC的光电转换效率。Nb元素在掺杂量为0.3%时光电转换效率最高,由13.74%上升到14.82%,Ta元素在掺杂量0.5%时效率最高,由13.74%上升到14.95%。通过在太阳能电池多孔层中掺杂,可以提高太阳光的利用率和太阳能电池的光电转换效率,可以为新型太阳能电池的应用提供理论和技术的支持。该论文有图68幅,表15个,参考文献142篇。