染料敏化太阳能电池（DSSCs）是一种绿色、低成本、很有前景的光电转化技术，在过去二十年中，它已经向硅基太阳能电池发起了挑战。在所有氧化物中，TiO2是研究最广泛的一种材料，由于无毒性、高化学稳定性和相对低成本，它在光催化、生物医药器件以及太阳能电池中有着独特应用。之前有关DSSCs光阳极的研究主要集中在TiO2纳米颗粒，但是其他不同的TiO2纳米结构和金属氧化物也可以被用来作为有前景的光阳极。为了增强DSSCs的光电转化效率，人们做出很多努力来修饰改变TiO2的表面形貌。
本论文研究了新型的基于阳极氧化TiO2纳米结构和金属氧化物异质结的新型光阳极。此项研究的目的是为了提高DSSCs的光电转化性能。本文的主要研究内容包括：
1. 为了获得更高效率的DSSCs，通过阳极氧化法制备了锐钛矿相TiO2纳米管，并将其转移到FTO导电玻璃上。这项技术对于提高光电转化效率非常具有吸引力，因为它具有一系列显著优点，包括光散射效应和高比表面积，因而能够增强光捕获，降低陷阱态和复合率。本论文比较了TiO2纳米管光阳极的结构、制备和性能与其他光阳极的差别。此外，为了获得更高的光电转化效率，我们也讨论了在TiO2光阳极中复合异质结构的影响。
2. 在含氟的电解液中通过阳极氧化过程在钛箔上制备了锐钛矿相TiO2纳米六边形阵列。基于这种六边形阵列的DSSCs的光电转化效率达到了4.01%，外量子效率最高达到68%，这显著高于基于锐钛矿相TiO2纳米管的阵列。因为纳米六边形阵列拥有更大的表面积负载更多染料，从而提高光捕获。此外，六边形纳米管内部空间允许染料负载在内壁上。我们认为，通过控制电化学条件，控制六边形的结构，从而可进一步提高电池器件光电转化效率。
3. 研究了阳极氧化条件对TiO2纳米管顶端形貌的的影响。通过改变阳极氧化电学参数、氧化时间、温度、去离子水含量，制备了五种具有不同顶部形貌的TiO2纳米结构，包括纳米孔、纳米管、纳米六边形、纳米网和纳米草。而基于纳米六边形结构的纳米管阵列的DSSC具有最高的光电转化效率5.29%。此外，为了提高电池光电转化效率，研究了TiCl4溶液处理在TiO2纳米六边形表面修饰TiO2纳米颗粒的影响。结果发现，采用0.2　M　TiCl4溶液处理可以得到最高的短路电流14.37　mA/cm2，光电转化效率6.64%，最高外量子效率为68%。电池性能提高的主要原因是更大的表面积从而提高了对染料的负载，以及更加有效的电子传输过程。
4. 在含有NH4F的电解液中，通过阳极氧化法在钛箔上制备TiO2纳米六边形阵列（TNHAs）。然后以Ti(OBu)4溶胶为粘结剂，将TNHAs转移到FTO导电玻璃上，从而制备前端光照的电池。为了进一步提高光电转化效率，通过浸入法在TNHAs中引入ZnO，得到ZnO/TNHAs异质结构，并以此为光阳极制备了DSSCs器件。结果表明，基于ZnO/TNHAs异质结的DSSCs具有更高的电流密度和光电转化效率，在标准模拟太阳光下，光电转化效率达到了6.85%。此外，电化学阻抗谱表明与基于TNHAs的电池相比，基于ZnO/TNHAs异质结的电池器件具有优化的电子特性，包括更长的电子寿命、更低的电荷传输电阻、更小的复合概率。
5. 一个高效的光阳极需要具有高的染料负载、合适的禁带宽度和好的电子传输能力。这里，TNHAs是通过阳极氧化法制备然后转移到FTO衬底上，进而制备前光照射电池器件。所制备的TNHAs长度为27.25　μm，平均直径大约125　nm。由于SnO2具有高电子迁移率，所以对于DSSCs而言，SnO2是一种很有前景的宽禁带半导体材料。为了提高DSSCs的性能，通过一步浸泡法在TNHAs中引入SnO2，所用的溶液是0.25　M　K2SnO3溶液，浸泡时间是30　min。所制备得到的SnO2/TiO2纳米六边形阵列被用来制备DSSCs的光阳极。由于具有更大表面积，SnO2纳米颗粒可以负载更多的染料，此外SnO2还具有更高电子迁移率和更低的载流子复合率。由于这些优点，基于SnO2/TNHAs异质结构的电池器件的光电转化效率达到6.34%，是基于TNHAs电池器件效率的1.32倍。此外，外量子效率和染料负载量分别提高到63.96%和6.8　×　10-5　mol.cm-2。