为了满足能源需求量的日益增长,应对即将到来的能源危机,改变现有高污染高排放的能源结构,科研工作者在开发可再生的清洁型能源方面进行了大量的工作,而其中的很多问题最终落脚于功能器件的制作和改性。本课题针对目前质子交换膜燃料电池(PEMFC)和染料敏化太阳能电池(DSC)发展中遇到的关键技术难题,基于自主研发的激光微加工系统,重点研究了如何利用紫外激光在聚酰亚胺(PI)上制作大面积密集型微孔阵列,如何在掺氟氧化锡(FTO)薄膜上制作高质量的微结构交叉电极,以及如何采用1064nm激光改善柔性DSC光阳极性能等难题,并对部分实验结果进行模拟,为进一步扩展激光在绿色能源制造领域中的应用、实现工业化生产提供理论指导。具体总结如下：首先,针对全氟磺酸树脂(Nafion)物理耐久性和机械性能差的问题,本文首次提出采用激光微加工技术所制作的多孔PI薄膜作为增强基底来提高PEMFC的使用寿命。根据多孔PI基体的各项性能指标,提出采用355nm Nd:YVO4激光器为加工光源,通过系统分析激光能量密度、脉冲数、光斑耦合率、扫描次数等参数对激光钻孔尺寸和质量的影响规律,实现了工艺参数优化。依据孔隙率和微孔阵列质量的要求对孔径和孔间距进行优化,和对加工方式和薄膜吸附方式的改进,成功制作出大面积、高孔隙率、高质量的微孔阵列PI基体。对复合膜的各项性能进行测试,结果表明：Nafion/PI复合膜不仅拥有与Nafion211较为接近的电学性能,其热机械性能远远高于Nafion211,拉伸强度为Nafion211的2-3倍。因此,该类型的复合膜可在不降低燃料电池发电性能的同时,可望显著提高电池的使用寿命,为以多孔薄膜为基体的复合PEMFC技术的发展奠定了良好的基础。同时,根据实验结果对激光刻蚀PI薄膜进行理论分析和数学模拟,总结出对实际生产具有指导意义的激光刻蚀技术基础。其次,基于背接触电极染料敏化太阳能电池(BC-DSC)具有扩展电极材料选择范围、降低制作成本、提高入射光透过率等优点,提出采用紫外激光配合振镜快速扫描的技术在FTO薄膜上制作BC-DSC微结构交叉电极,为克服准分子激光刻蚀方法中工艺复杂、灵活性低、成本高、易于产生裂纹和难以规模化生产等问题提供了新的解决方案。本实验对紫外激光正面和反面刻蚀FTO进行对比研究,从而选择更加适合微结构电极制作的激光加工方式。利用正交实验研究各工艺参数对微结构电极尺寸和质量的影响,并结合辅助实验对相关参数进行优化,同时详细阐述激光正面和反面刻蚀FTO薄膜的作用过程及玻璃基板的损伤机理。实验结果表明：通过紫外激光加工方式和工艺参数的控制,电极制作时间由原有的2min(准分子激光制作)缩短到4s；基于微结构电极的BC-DSC改善了传统DSC正面光照时的性能缺陷,增强了整体光照的太阳光吸收率,无论采用正面光照还是背面光照,都极具应用价值。最后,针对柔性DSC光阳极中TiO2薄膜成型难度高且纳米颗粒之间无法形成良好接触所导致电池效率较低的问题,提出采用激光选择性烧结柔性基板上TiO2薄膜的新工艺、新方法。利用355nm和1064nm两种波长的激光作用于柔性基板上的TiO2薄膜,通过薄膜微观形貌、电化学阻抗谱、瞬态光电压/光电流衰减、拉曼光谱以及电池最终性能等方面的测试,对激光烧结促进电池性能提升的原因及光阳极中多孔纳米TiO2、导电膜和塑料基板对不同波长激光的吸收、散射及透射机理进行了深入系统的分析。结果显示：通过工艺参数的优化,近红外激光烧结技术可在不破坏柔性塑料基板的前提下,增强纳米TiO2颗粒之间的电气连接,减小了电子的传输阻抗并增加了入射光的吸收率和电荷的收集能力,导致电池的填充因子、单色光子-电子转换效率和短路电流密度都有不同程度的提高,电池效率从4.6%上升到5.7%,增长率达到23.9%。