近年来,光子晶体被认为是解决光子器件集成问题的有效途径之一,得到了广泛关注。在由胶体小球自组装形成的胶体晶体中,胶体晶体缺陷的控制、光子禁带的调节等问题一直是该领域的研究热点。由于胶体晶体具有光子禁带特性,使得其在染料敏化太阳能电池中具有潜在的应用。在本论文中,我们围绕着超厚无裂缝胶体晶体的制备、不同胶体晶体的光子禁带的调节、胶体晶体在染料敏化太阳能电池中的应用等三方面的研究开展工作,并取得了一系列具有原创性和创造性的结果。本文首先以烧结后的单分散二氧化硅小球作为构筑基元,采用等温加热诱导垂直沉积方法制备了无裂缝胶体晶体。利用结晶层自组装技术制备了厚度达到100μm的无裂缝超厚胶体晶体。研究了烧结过程对改性的Stober方法合成的二氧化硅小球的影响。我们发现在由烧结后的二氧化硅小球自组装形成的胶体晶体中,其表面和截面都没有裂缝缺陷。在反射光谱中,光子禁带波长的实验测量值与Bragg公式理论计算值相吻合。在超厚无裂缝的胶体晶体中,胶体晶体不仅具有较好的界面,而且其反射峰的强度随着胶体晶体的厚度增加而增加。其次,本文以单分散聚苯乙烯/二氧化硅核壳小球作为构筑基元,采用恒温垂直沉积方法制备了胶体晶体,并采用烧结技术得到了二氧化硅壳胶体晶体。透射光谱表明二氧化硅壳胶体晶体的光子禁带随着中空二氧化硅小球的内径和壳层厚度增加而发生红移。通过对胶体小球的直径与有效折射率两个参数的控制,从而实现了对胶体晶体光子禁带的双重调节。基于结晶层自组装技术,制备了由聚苯乙烯/二氧化硅核壳小球组成的胶体晶体异质结,并通过高温烧结得到由中空二氧化硅小球组成的胶体晶体异质结。在入射光垂直入射到胶体晶体异质结表面情况下,胶体晶体异质结的透射光谱中含有两个独立的光子禁带。这两个光子禁带是由组成异质结的两个结晶层光子禁带的叠加组成的。本文最后研究了二氧化钛反蛋白石在染料敏化太阳能电池中的应用。首先制备了分别由纯二氧化钛(P25)薄膜与P25-二氧化钛反蛋白石薄膜组成的两个二氧化钛薄膜,实验结果表明由P25-二氧化钛反蛋白石薄膜组成的电池具有较高的短路电流密度、开路电压以及能量转换效率。其次研究了二氧化硅/金核壳小球对太阳能电池性能的影响。实验结果发现当P25薄膜中掺入一定量二氧化硅/金核壳小球(其核壳小球中的二氧化硅与P25质量比为0.05wt%)时,其组成的电池具有较高的能量转换效率。最后,在上述基础之上,制备了由P25-二氧化硅/金核壳小球-二氧化钛反蛋白石组成的复合二氧化钛薄膜,并组装成电池。与纯P25薄膜组成的电池进行比较,这种由复合二氧化钛薄膜组成的电池的短路电流密度从9.08mA/cm2增加到14.37mA/cm2,开路电压从0.65增加到0.67V,能量转换效率从3.95%提升到6.35%。