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染料敏化太阳电池是一种光电化学电池，其特点是原材料成本低、制作工艺相对简单、能源回收周期短、性能稳定、衰减少，是近年来光伏电池领域的研究热点之一。有研究认为染料敏化太阳电池进一步提高光电转换效率、提升稳定性后，有可能成为取代传统硅电池的新一代太阳电池。本论文对如何提高其光电转化效率并降低染料敏化太阳电池成本作了探索。在制备了光电转换效率达到7.33％的染料敏化纳米晶TiO2太阳电池工艺基础上，分析了如何抑制电池内部的电子空穴复合，研制了无贵金属铂的新型柔性碳多孔对电极、新型氧化物半导体工作电极，利用等效电路分析对其进行了光生电子传输的机理及效率提升的研究，研究了光生电子在TiO2双电荷层的电容效应对电池光电转换效率测量、单色光量子转化效率测量的影响。主要内容包括：
(1)电子空穴复合抑制结构的设计制作
在传统DSSC结构中引入电子空穴复合抑制结构。本文提出在传统染料敏化太阳电池结构中增加电子空穴复合抑制隔层结构的必要性，并制备了具有电子空穴复合抑制隔层结构的新型染料敏化太阳电池器件，实现了电池的光电转换效率相对提升10％的显著效果。
(2)柔性对电极的开发出高活性的不含贵金属元素Pt的柔性碳多孔对电极，不仅大幅降低了染料敏化太阳电池的成本，还可应用于制作柔性染料敏化太阳电池，拓展新兴薄膜太阳电池的应用领域。
(3)新型半导体材料及DSSC的制备合成ZnO＼TiO2nS多元金属氧化物介孔材料。提出了在高浓度模板剂溶液使用钛醇盐及锌盐溶于溶剂中形成均相溶液(水解抑制剂)，盐与水发生水解反应，同时发生失水和失醇缩聚反应，生成物聚集形成溶胶，在较高的湿度下除去溶剂得到含模板剂的ZnO＼TiO2nS粉体，通过极缓慢升温速率在较高的温度下焙烧，发现得到的介孔材料结构较好。另外，将具有可见响应的材料。TaON引入了光电极的制备，并制成了TaON染料敏化太阳电池。
(4)基于等效电路的DSSC光生电子传输的机理及其对效率提升的研究
定量测定出实际染料敏化太阳电池的等效电路各项参数的数值，分析并验证了电池内部的电容、并联电阻和串联电阻对电池开路电压、短路电流和填充因子及光电转化效率的影响；发现了目前文献报道的等效电路估算存在多解的问题，提出了一种可以精确获得DSSC等效电路参数的方法。结合测试结果，给出了进一步提高电池光电转化性能的理论分析。
(5)对传统太阳电池Ⅰ-Ⅴ光电转换效率及IPCE量子效率测量标准的修正
设计搭建染料敏化太阳电池Ⅰ-Ⅴ光电转换效率测试系统和IPCE单色光光谱响应测试系统。由实验和数值计算发现，DSSC显著的电容特性对Ⅰ-Ⅴ曲线及IPCE测量结果影响显著，因此传统太阳电池的Ⅰ-Ⅴ测量标准(国标CNS GBT6495和ASTM E948)、IPCE测量标准(国标CNS GB110091989、ATSM E1021)不适于DSSC的测量。我们进一步提出了DSSC的Ⅰ-Ⅴ测试参数范围，以及获得DSSC的IPCE准确数值的解决办法。
(6)高效DSSC的制备工艺研究
使用丝网印刷、旋涂、提拉等方法制备了DSSC的半导体纳米晶多孔薄膜电极，并将涂布技术应用于半导体纳米晶多孔薄膜的制备。这种技术可精密控制半导体纳米晶多孔膜的厚度，并有利于实现大规模的流水线作业。通过分析水热法制备高效DSSC的工艺及引入了电子空穴复合抑制结构，成功地制备了高效的染料敏化TiO2纳米晶太阳电池，最高光电转换效率达到7.33％。
本文的研究表明，电子空穴复合抑制隔层结构、柔性碳多孔对电极及基于等效电路的DSSC光生电子传输的机理等为研制低成本高效率的染料敏化太阳电池提供了新的思路。