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随着科技的飞速发展和化石能源的日益枯竭，人类迫切的需求一种可替代化石燃料的清洁可再生能源来解决日趋严峻的世界能源危机。太阳能作为一种无污染可再生新型能源是缓解能源危机的首选。染料敏化太阳能电池作为第三代太阳能电池，其制备方法简单、成本低廉、转化效率高等优点，因此，广泛开展染料敏化太阳能研究对解决当前能源危机具有重要意义。传统染料敏化太阳能电池大多是以TiO2半导体纳米晶薄膜作为光阳极的重要组成部分，其常见的制备方法如：丝网印刷法、玻璃棒涂膜法等，然而，TiO2纳米晶薄膜制备过程中重复的涂抹和烧结程序将会导致薄膜微孔结构的损坏，薄膜甚至出现裂痕。电化学阳极氧化法，制备过程简单、材料形貌尺寸可控，特别是通过此法可以制备出一维有序TiO2纳米管阵列薄膜结构。
本论文采用电化学阳极氧化法在纯金属钛片基底上制备出高度一维有序TiO2纳米管阵列薄膜，考察了制备工艺参数（阳极氧化电压、氧化时间、电解液种类及组分）和热处理温度对纳米管阵列薄膜形貌尺寸及晶型结构的影响，并以此作为光电池阳极材料，以N719染料为光敏化剂，与自制的Pt对电极和C对电极组装成电池器件；其次，采用直接吸附(DA)和多功能分子辅助吸附(LA)方式将四脚状CdSe量子点与TiO2纳米管阵列组装成一种新型的敏化太阳能电池结构；再次，通过化学水浴沉积法(CBD)在TiO2纳米管阵列表面上原位合成了窄禁带半导体纳米晶CdS、CdSe，并组装为光电池阳极，在模拟太阳光(100mW/cm2)的照射下，利用电化学工作站对敏化电池的光电性能进行了研究。
研究结果发现：随着阳极氧化电压升高和氧化时间的延长，TiO2纳米管的管径和长度都相应增加；阳极氧化反应形成的TiO2纳米管阵列为无定型结构，经450℃和600℃热处理后分别可以转变为锐钛矿和金红石晶型结构。锐钛矿晶型TiO2纳米管阵列基染料敏化太阳能电池，其光电转换效率(1.33％)明显高于无定型(0.15％)及金红石晶型结构(0.12％)敏化电池；恒定阳极氧化电压为30V，氧化时间为12h在乙二醇电解液体系中制备纳米管阵列薄膜厚度达30μm，将其组装成纳米管阵列基染料敏化太阳能电池表现出光电转换效率高达4.70％，短路电流密度12.26mA/cm2，开路电压745mV，填充因子0.49。化学水浴沉积、直接吸附和多功能分子辅助吸附方式在TiO2纳米管阵列基底上原位合成和链接吸附了CdS、CdSe纳米晶敏化TiO2能明显拓宽TiO2在可见光区域光谱响应；三种方式组装的CdSe纳米晶敏化纳米管阵列基太阳能电池光电转换效率分别为0.90％、0.30％和0.47％;CBD法原位合成CdSe/CdS共敏化TiO2纳米管阵列基电池相比于CdSe纳米晶单一敏化电池具有最高的光电转换效率3.78％。