敏化太阳能电池作为第三代太阳能电池,因其成本低廉、原料丰富、制备工艺简单、可柔性化等优势而受到研究者们的青睐。其中光吸收材料可以分为有机染料分子,无机量子点和有机-无机杂化钙钛矿。由于量子点具有尺寸可调控的特点,其光吸收特性可进行相应的优化,同时其独特的多重激发效应可提高光生电子的产率,因此对量子点的选择与制备是当前太阳能电池的研究重点之一。此外,光阳极材料作为光吸收材料的载体和光生电子的传输层对敏化太阳能电池的性能起着十分关键的作用。传统的多孔Ti02纳米颗粒虽然具有高的比表面积,可以给敏化剂提供大量的吸附位点,但同时也存在大量的晶界,使电子在跃迁的过程中容易发生复合。因此本论文在对国内外研究现状详细分析的基础上,将研究重点集中在敏化剂的选择、制备和Ti02光阳极的优化上。主要研究工作及结论摘要如下：电化学原子层沉积(Electrochemical Atomic Layer Deposition,ECALD)是基于表面限制反应的纳米薄膜材料制备方法,可以在正于其块体沉积的平衡电位将一种元素沉积到另外一种元素上实现半导体化合物的合成。为解决传统量子点敏化光阳极制备过程中存在的覆盖度低、尺寸不易调控等问题,本文采用ECALD法,在通过循环伏安法确定Ag和S元素在Ti02纳米棒表面的欠电位沉积行为及沉积电位的基础上,首次在Ti02纳米棒阵列表面成功制备出具有高覆盖度、分布均匀的无毒Ag2S量子点。同时,在导电玻璃(FTO)衬底上通过ECALD法沉积出Cu2S对电极。基于这种Cu2S对电极的Ag2S量子点敏化Ti02纳米棒电池的光电转化效率达到0.41%。然而单种量子点对光的利用有限,从而局限了敏化太阳能电池的光电效率,因此本文在研究Bi2S3量子点和Sb2S3量子点单敏化太阳能电池的基础上,采用电化学原子层沉积法在Ti02纳米棒阵列上成功制备了Bi2S3和Sb2S3共敏化光阳极,从而达到进一步提高量子点敏化太阳能电池光电性能的目的。通过将Bi2S3/Sb2S3量子点共敏化太阳能电池与单独的Bi2S3和Sb2S3量子点敏化太阳能电池的光电性能对比发现,共敏化太阳能电池表现出更为优异的光电性能,最高效率达到0.67%。为了优化Ti02光阳极的性能,可以通过元素掺杂对Ti02的能带结构进行调控。目前广泛使用的掺杂元素为贵金属或有毒的元素,因而本文采用廉价易得的Ca元素对Ti02纳米棒进行掺杂,并研究了掺杂对Ti02的能带结构以及电子浓度的影响。结果表明,Ti02平带电位在掺杂后正向移动,增强了光生电子从染料注入到Ti02导带的驱动力,从而强化了电子的注入效率。同时Ca的少量掺杂会产生氧空位,有利于增加Ti02薄膜的导电性能。电化学阻抗谱测试表明适量的Ca掺杂还可以增加电池的复合阻抗。研究结果表明,当Ca掺杂量为2 mol%时,染料敏化太阳能电池达到最优的光电转换效率即3.42%,对比于未掺杂的电池,增加了43%。此外,TiO2的微结构对电池的光电性能也有重要影响,本文采用简单的两步水热法合成了具有双层结构的TiO2光阳极薄膜。底层的TiO2纳米棒阵列结构为电子的迁移提供了一维的传输通道,上层的TiO2分级团花状结构则为染料的吸附提供了大量的吸附位点,同时还可以起到散射光的作用,从而增加对光的捕获和吸收。通过调控盐酸的浓度,能够获得不同形貌的Ti02分级团花状结构。研究表明,以2M盐酸浓度制备获得的双层TiO2光阳极组装的染料敏化太阳能电池具有最佳的光电性能,效率达到5.61%。在上述TiO2基量子点和染料敏化太阳能电池的基础上,本文最后部分还探索了光阳极结构中致密层的存在对以有机-无机杂化钙钛矿(CH3NH3PbI3)为光吸收层的TiO2基太阳能电池光电性能的影响。为提高电子的传输速率并抑制FTO与空穴传输层(HTM)间的复合,采用喷雾热解法合成了ZnO/Zn2SnO4 (ZSO)复合致密层以替换传统的TiO2致密层。研究发现,ZnO/ZSO复合致密层与普通的TiO2致密层相比具有更好的电导率和载流子迁移率,同时ZnO/ZSO薄膜具有更好的光透过能力。因此基于ZnO/ZSO复合致密层的钙钛矿太阳能电池的的光电性能得到了明显改善,光电转换效率达到12.03%,而相应基于Ti02致密层电池的光电转换效率的最佳值仅为10.14%。