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染料敏化太阳电池(DSCs)是一种光电化学电池，自从1991年瑞士科学家Gratzel教授报道了第一个高效的DSCs后，这种太阳电池就因为它较高的性价比而得到了世界各国研究机构的普遍关注。普及太阳电池的最大问题是其成本高，DSCs在这方面有潜在的优势，有望成为一种被大规模使用的太阳电池。本论文以降低成本为中心，探索了制备DSCs的新方法和新材料。
首先，对DSCs进行了建模和计算机模拟。研究了复合速率、电子的迁移率、电极间的漏电阻、电极电阻、光散射和多孔层的厚度对电池性能的影响。也研究了DSCs中电子密度和离子密度的分布。通过上述研究，对DSCs中的诸多影响因素有了较全面的认识，为DSCs的制作和优化提供了理论指导。
其次，研究了DSCs光阳极多孔膜的低温制备方法。低温制备方法可以降低成本、节约能源、方便生产，具有广泛的应用前景。由于高温制备DSCs光阳极的最有效材料是TiO2，国际上关于低温制备光阳极多孔膜的研究也主要集中在TiO2上，但在低温下TiO2纳米粒子连接不好的问题还未解决，笔者以ZnO作为低温制备光阳极多孔膜的研究对象，并提出了氨水表面活化方法。应用上述方法制作的玻璃基底DSCs的最高效率达到4.5％(照射光为AM1.5，100mW/cm2)。低温制备方法的另一个优点是可以在聚合物基底上制作柔性太阳电池，这种电池重量轻、可变形、易携带，是未来分布式供电的一个不错的选择，本论文中制作的ZnO柔性太阳电池的效率达到3.8％(照射光为AM1.5，100mW/cm2)。
本论文还提出了一种低成本制备DSCs有机碘化物电解质的方法。有机碘化物电解质是近年来在DSCs领域应用较多的一种电解质，它具有效率高、稳定性好等优点。目前，常用的有机碘化物是烷基咪唑碘，但成本较高，限制了它的应用。本论文所提出的有机碘化物电解质是基于另一种季胺化方法，其原料廉价、工艺简单，可以降低有机碘化物电解质的制作成本。
DSCs的对电极通常使用Pt作电催化材料。但Pt比较昂贵，大规模使用成本较高。碳也是一种对I-/I3-氧化还原电对有催化活性的材料，并且碳对电极的成本低，稳定性好。本论文研究了采用多孔硬碳球和碳纳米管阵列制作的对电极，采用硬碳球对电极的DSCs可以达到Pt电极DSCs效率的92％，而采用碳纳米管阵列的DSCs效率甚至超过了Pt对电极的DSCs。
最后，本论文提出了DSCs多孔光阳极底层的一种新的制备方法。这种方法基于丝网印刷技术，方法简便、成本低并且可以印制不同形状的图案。采用这种方法制作的底层，可以降低电池中的复合反应速率，使电池的光电性能有明显的提高，光电转换效率从7.4％提高到8.5％。