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染料敏化太阳能电池(DSSC)因具有相对较低的制作成本、较高的光电转换效率以及稳定的使用性能等优点，受到了世界上越来越多的科学家的关注和产业界的重视。在DSSC的研究中，光阳极作为电池最重要的组成部分之一，其材料的组成和结构对电池的光电转换效率和稳定性均有明显的影响。在众多的光阳极材料研究中，因纳米TiO2颗粒具有合适的禁带宽度和优越的化学稳定性，使其用作光阳极的DSSC的光电转换性能最为优良。与随意堆积的纳米TiO2颗粒薄膜相比，TiO2纳米管阵列垂直生长于Ti基底上，可为光生电子提供有效的传输通道，所以将其用作DSSC的光阳极，有望进一步提高DSSC的光电转换性能。因此，对TiO2纳米管阵列的制备和改性的研究，对其在DSSC的应用有重要的实际意义。 基于以上考虑，本文采用恒压直流阳极氧化法制备了TiO2纳米管阵列，并对影响其形貌的因素进行了详细研究。为进一步提高纳米管阵列DSSC的光电转换效率，采用磁控溅射方法在不同的透明导电玻璃上沉积出Ti膜，之后将不同透明导电玻璃上的Ti膜阳极氧化制备成透明的TiO2纳米管阵列。将透明的TiO2纳米管阵列应用于DSSC后，发现该类DSSC采用正面照射方式可以明显提高入射光的利用效率。本论文主要研究内容和结果如下: 1.使用含有NH4F的乙二醇溶液作为电解液，研究了Ti片的预处理程度和不同电压下对TiO2纳米管阵列形貌的影响，获得了制备TiO2纳米管阵列的工艺参数，进一步采用二次阳极氧化法制备出表面规整的TiO2纳米管阵列。SEM表征结果表明采用两种阳极氧化法均能在金属Ti片上制备出表面规整的TiO2纳米管阵列。XRD和Raman测试结果显示，未退火的TiO2纳米管阵列呈非晶态，退火后的TiO2纳米管阵列可转变为锐钛矿晶态。 2.在上述的实验基础上，采用磁控溅射沉积方法在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上沉积出一层Ti膜，然后采用阳极氧化法将Ti膜转变为透明的TiO2纳米管阵列。将透明的TiO2纳米管阵列应用于DSSC，并测试了电池的光电转换性能和电子传输性能。结果表明，在相同的阳极氧化和退火条件下，不同晶面取向的Ti膜与不同晶面取向的TiO2纳米管阵列之间存在着四种对应关系:从(100)或(002)单一晶面取向的Ti膜出发可得到(004)晶面取向的TiO2纳米管阵列，而从(101)单一晶面取向的Ti膜出发可得到(101)+(004)双晶面取向的TiO2纳米管阵列，从多晶Ti膜出发可得到多晶TiO2纳米管阵列。电池性能测试结果表明，(004)晶面取向TiO2纳米管阵列电池的光电转换效率最高，(101)+(004)双晶面取向TiO2纳米管阵列电池的光电转换效率次之，多晶TiO2纳米管阵列电池的光电转换效率最低。电子传输性能测试结果显示(004)晶面取向TiO2纳米管阵列电池的电子转移速率最大，多晶多晶TiO2纳米管阵列电池的电子转移速率最小。 3.因为ITO导电玻璃容易被电解液腐蚀而受到破坏，使电阻增大，所以将ITO导电玻璃更换为耐腐蚀的氟掺杂氧化锡(FTO)导电玻璃。实验结果表明，在FTO导电玻璃上，从(002)单一晶面取向的Ti膜出发可得到(004)晶面取向的TiO2纳米管阵列，而从(101)晶面取向的Ti膜出发可得到(101)+(004)双晶面取向的TiO2纳米管阵列，从多晶Ti膜出发可得到多晶TiO2纳米管阵列。用FTO上不同晶面取向的TiO2纳米管阵列组装成DSSC，对比ITO和FTO上TiO2纳米管阵列电池的光电性能和电子传输性能，结果表明FTO上电池的光电转换性能和电子传输性能均优于ITO上电池相应的性能。测试FTO上三种电池的光电转换性能结果表明，FTO上6μm厚度的(004)晶面取向TiO2纳米管阵列电池的光电转换效率为6.27％，在三种样品中其电池转换效率最高。增加纳米管阵列的厚度可增加电池光电转换效率，13μm厚度的(004)晶面取向TiO2纳米管阵列电池的光电转换效率可达到8.11％。 4.为探讨TiO2纳米管阵列从非晶转变到(004)晶面取向的形成机理，采用in-situ XRD和in-situ Raman研究纳米管阵列的晶面取向变化。in-situ XRD结果表明，非晶态TiO2纳米管阵列在退火温度达到340℃时开始晶化，且首先出现TiO2锐钛矿相的(004)晶面的特征衍射峰，其强度随退火温度的升高而增强。in-situ Raman表征结果表明，非晶态的TiO2纳米管阵列在退火温度达到450℃时出现TiO2锐钛矿相的特征峰。两者差别原因为XRD表征体相信息，而Raman体现表面信息，由此推测非晶型TiO2纳米管阵列是从体相开始晶化的。进一步研究了电解液中水含量的变化对纳米管阵列晶面取向的影响，表明电解液中水含量较低时，TiO2纳米管阵列呈(004)晶面取向，随着水含量的增加，TiO2纳米管阵列从(004)晶面取向转变为多晶。