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染料敏化太阳电池(DSC)是优异的薄膜太阳电池之一，具有良好的应用潜力和商业价值，对缓解世界能源危机有着重要意义。多孔薄膜电极是影响DSC性能与稳定性的重要因素之一；而一维纳米TiO2是具有优异光电性能的结构材料，有利于提高多孔薄膜的光电性能。本文旨在设计高效的DSC多孔薄膜电极，通过引入一维纳米TiO2改善多孔薄膜的微结构，建立电子快速传输的路径和光散射中心，研制出多种复合多孔薄膜并将其应用于DSC中。
首先，通过水热法合成不同一维TiO2纳米材料：纳米管、纳米带、纳米棒、由纳米棒构成的微米球以及亚微米球。根据不同实验条件下得到产物的形貌演变过程和结构变化情况，探讨了一维纳米材料的生长机理，以及合成工艺参数之间的关系。通过对一维TiO2纳米材料的结构、晶型、尺寸、比表面积、孔洞率和孔洞分布等物理性能的分析和表征，研究了复合多孔薄膜的结构和特性对DSC光伏性能的影响。
同时，以扫描电镜系统地观察了一维TiO2纳米材料在复合薄膜中的分布情况，发现一维TiO2纳米材料的尺寸和含量影响其在复合薄膜中的分布；结合紫外-可见分光光度计分析一维TiO2纳米材料复合薄膜的染料吸附能力和光散射性，对比复合薄膜的比表面积、孔径分布与染料吸附量的关系；研究了薄膜的光散射性能随薄膜微结构的变化趋势，获得了理想光散射中心的优化原则。
再次，结合电化学阻抗、调制光电流/调制光电压、单色光光电转换效率等研究手段详细分析了一维TiO2纳米材料对DSCs的各界面阻抗、复合薄膜内电子传输与复合动力学过程以及碘对在薄膜的扩散、TiO2导带带边移动等方面的影响。研究表明：含少于10 wt％-维TiO2纳米材料的复合薄膜具有较大的电子收集效率和染料吸附能力，作为染料负载层：含50 wt%-维TiO2纳米材料的复合薄膜具有更优异的光散射性能，作为光散射层。基于该双层结构的光阳极DSC获得更优异的光伏性能，超过9.5%的效率，同时节省了TiO2和染料的用量，有利于加快DSC大规模产业化进程。