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能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质保障,是国民经济和社会发展的基础。随着化石能源的日趋枯竭和全球对温室效应的关注,开发利用清洁可再生能源正成为现在和未来世界能源科技发展的主旋律。光电化学光伏电池能将光能转化为电能,能有效地解决能源和环境污染问题,主要包括染料敏化太阳能电池（DSCs）和光电化学紫外探测器（PEC UVPDs）。光电化学光伏电池的光电转换效率很大程度上取决于光阳极的光捕获能力、光生电子在半导体薄膜内的传输以及电池各级界面处的复合动力学过程。在传统的纳米晶TiO2光阳极中,TiO2纳米颗粒不是致密堆积的,因此到导电基板的电子路径的长度更长,增加了电子在界面处的复合损失。同时,这种光阳极表现出可忽略的光散射能力,导致相对较差的光捕获效率。针对上述制约因素,围绕如何提高光电化学光伏电池光电转换效率为主题,我们对TiO2光阳极进行结构优化和修饰改性研究,具体内容如下:采用溶胶凝胶与溶剂热混合法制备出高结晶度TiO2介孔球,其介孔的纳米结构具有较高的比表面积和孔洞率。通过调节反应时间及温度,我们可以有效地调整TiO2介孔球的比表面积和孔径。紫外-可见吸收光谱、电化学阻抗谱和光伏测试结果表明TiO2介孔球具有高的染料负载量、优异的光散射性能、以及能够有效抑制TiO2光阳极/染料/电解质界面处的电子复合。基于TiO2介孔球光阳极,所制备的DSCs光电转换效率达到10.3%。此外,结合低挥发性3-甲氧基丙腈基电解质,首次实现基于单层TiO2膜,光电转换效率大于10%并保持良好稳定性的DSCs。通过溶剂热法制备Au@Ag@SiO2核壳纳米棒,并将其引入TiO2介孔球光阳极,组装DSCs。利用金属纳米结构的局域表面等离子体共振（LSPR）效应,提高光阳极的光捕获效率。同时,Au@Ag@SiO2纳米棒的引入能够有效弥补C106染料在近红外区的光吸收不足,进一步提高器件的光捕获。基于此,器件的短路电流密度由17.38 mA cm-2提高至19.28 mA cm-2,光电转换效率达到11.3%。为了验证LSPR对于DSCs的影响,我们采用时域有限差分法（FDTD）、瞬态吸收光谱（TAS）及时间分辨光致发光光谱（trPL）来分析器件的等离子体共振增强机理。FDTD结果表明Au@Ag纳米棒周围增强的电磁近场增加了其与染料分子偶极子的相互作用,有益于提高染料的光捕获。通过trPL分析可知Au@Ag@SiO2纳米棒的引入能够提高TiO2导带内电子传输速率及抑制TiO2介孔球/Au@Ag纳米棒界面处的电子复合。TAS结果表明LSPR效应诱导等离子共振能量转移（PRET）能有效增加DSCs内染料的光捕获,提高染料分子内电子-空穴对的产生,进而提高向TiO2导带内的电子注入效率。通过水热法制备SnO2介孔球并在其表面包覆TiO2壳层,制备出介孔球形SnO2@TiO2核壳异质结结构光阳极,该电极为PEC UVPDs提供了一种高效的电极结构模型。这是由于在SnO2@TiO2核壳介孔球结构中,两种半导体氧化物电子亲和力的不同,会导致TiO2等电点高于SnO2,产生一个指向SnO2的表面偶极层,该偶极层能有效抑制电子从SnO2向TiO2的传输,有利于减少载流子的复合损失,使器件的响应时间达到τr=0.007 s、τd=0.006 s,开关比达到Jon/Joff（28）11519。在此基础上,采用自组装方式制备SnO2@TiO2介孔球/Ag@TiO2纳米颗粒复合薄膜,并以其作为PEC UVPDs的光阳极,利用Ag@TiO2纳米颗粒的局域表面等离子共振效应进一步提高PEC UVPDs的光电转换性能,使PEC UVPD的短路电流密度和开路电压分别提高至4.44 mA cm-2和433 mV,响应度达到0.132 A W-1。采用Ag@SiO2核-壳纳米颗粒修饰TiO2纳米立方作为光阳极,组装PEC UVPDs。金属等离子体Ag@SiO2纳米颗粒核-壳结构的引入可以有效增加光阳极的光捕获效率,通过优化Ag@SiO2 NPs的质量比,使PEC UVPD（2 wt%Ag@SiO2纳米颗粒）的响应时间达到τr=0.003 s、τd=0.008 s,响应度达到0.151 A W-1。同时,采用时域有限差分法（FDTD）和瞬态吸收光谱（TAS）分析Ag纳米颗粒局域表面等离子体共振效应对器件光电转换性能的影响。