阳极氧化法制备的TiO₂纳米管阵列，具有较大的比表面积和优异的一维特性，因此，被广泛应用于多种敏化太阳电池中。然而，目前基于TiO₂纳米管的敏化太阳电池普遍存在光电转换效率低、电子传输性能差以及敏化剂昂贵等问题。本论文以提高光电转换效率和降低成本为目标，在TiO₂纳米管光阳极的结构修饰、改性以及光电器件应用等方面进行了系统的研究和探索。具体研究内容如下：在工艺方面，研究了电解液成分、阳极氧化时间以及氧化次数等可变参数对TiO₂纳米管形貌及结构的影响。利用优化的工艺条件，制备了TiO₂纳米管阵列，纳米管长度均一、残留碎片较少，呈高度有序垂直的管状结构。以优化的TiO₂纳米管阵列为光阳极，与优化前相比，其染料敏化太阳电池的光电转换效率提高了36%左右。开发了一种以双表面活性剂为模板，在TiO₂纳米管表面均匀组装TiO₂颗粒来制备复合光阳极的简单方法。利用这种表面活性剂辅助真空培育的方法（Surfactant-assisted Vacuum impregnation，SVI），既能在TiO₂纳米管内、外壁有效填充TiO₂纳米颗粒，又可以避免TiO₂纳米颗粒的团聚而堵塞TiO₂纳米管，从而有效提高光阳极的比表面积。实验结果表明，经过SVI处理，可以大大提高TiO₂纳米管基染料敏化太阳电池的光电转换效率，通过调节填充比例，其光电转换效率提高到原来的1.94倍。通过精细控制阳极氧化工艺以及晶化处理方法，成功地制备了【001】择优取向的TiO₂纳米管阵列。实验结果表明，这种【001】择优取向的TiO₂纳米管在电子传输方面显示出优异的性能。通过简单的化学方法，将TiO₂纳米管从钛片成功剥离，并将其转移至FTO玻璃上，制备了前照明染料敏化太阳电池。与普通TiO₂纳米管相比，【001】择优取向的TiO₂纳米管基染料敏化太阳电池的光电转换效率提高了29%左右。采用微波辅助法，合成了粒径大小分别为3.1nm、4.3nm以及17.0nm的Cu₂ZnSnS₄（CZTS）量子点。综合利用XRD、Raman、HRTEM及XPS等系统表征，确定了合成的纳米材料为Kesterite结构的CZTS量子点。此外，UV-Vis吸收光谱中，CZTS量子点的吸收蓝移的现象，证实了粒径为3.1nm的CZTS量子点具有量子限域效应。以合成的CZTS量子点为敏化剂，制备了CZTS/TiO₂纳米管阵列太阳电池，实验结果表明，这种量子点敏化太阳电池具有良好的光伏效应，且其短路电流密度将随CZTS量子点尺寸减小而增大。同时，我们也探讨了CZTS量子点分别用于敏化TiO₂纳米颗粒和TiO₂纳米管时，其器件在光电性能、电子传输等方面的区别。在此，我们预测这种环境友好型的低成本CZTS/TiO₂纳米管阵列结构，在新一代量子点敏化太阳电池中将有广阔的应用前景。