环境污染及能源枯竭是当今人类面临的两大难题,大规模开发利用可再生能源是解决环境与能源问题的重要途径。二氧化钛（TiO2）作为一种主要的染料敏化太阳能电池（DSSC）光阳极材料,其较宽的带隙极大地限制了DSSC的光电转换效率。而激光表面改性技术能够通过诱导金属氧化物表面氧空位的产生改进其能带结构,提高其对可见光的吸收能力和电荷输运能力,从而提高DSSC的光电转换效率。为研究强激光对TiO2薄膜的改性作用,本文从仿真和实验两个方面研究了强激光对TiO2薄膜材料光学和电学性能的影响。为了研究改性过程中的热作用机理,首先利用COMSOL Multiphysics与MATLAB联合构建了一个强激光辐照粗糙表面材料的三维固体传热模型。根据样品表面的实际粗糙度对MATLAB生成的三维粗糙表面进行参数化处理后将其作为被研究物体的上表面,能够更准确地反应材料粗糙表面对于光的吸收和反射情况。其次,为了准确表征TiO2在空气中的实际导热能力,本文以脉冲激光为辐照源,通过单个激光脉冲作用于粗糙表面TiO2的瞬态温度场分布的仿真,获得材料下表面温升曲线,结合实验确定了TiO2材料在空气中的有效导热系数值为1.6499 W/（m?K）。基于这一关键参数,模拟了连续激光辐照下不同激光参数对TiO2薄膜表面瞬态温度场分布的影响。计算结果表明TiO2薄膜的瞬态温度场分布与激光功率、光斑半径、激光辐照时间等因素有关,薄膜上表面最大平均温度与激光功率满足线性关系,与光斑半径满足Exp Assoc非线性关系,从宏观角度对强激光改性TiO2薄膜的作用机理进行了解释。为研究氧空位缺陷对于TiO2的光学和导电性能的影响,本文基于第一性原理,首先利用Material Studio软件构建了本征和含氧空位缺陷的锐钛矿TiO2（2*1*1）超晶胞并通过计算缺陷形成能确定了最稳定的氧空位缺陷结构。然后采用局域密度近似（LDA）方法对超晶胞进行几何优化,再对优化后的几何结构采用广义梯度近似（GGA）校正其能带结构,电子态密度和光学性质。计算结果表明氧空位缺陷在锐钛矿TiO2的能级结构中引入了一条新的施主能级,使其禁带宽度由2.2148e V减小至1.823e V,;导带底电子有效质量由0.191m0增加至0.288m0,光吸收曲线发生红移,光吸收阈值提高了6.25%。本部分研究内容从微观角度解释了强激光改性TiO2薄膜的作用机理。结合热作用仿真和第一性原理计算结果,本文最后进行了强激光改性二氧化钛薄膜材料的实验研究。以CO2激光器为主要器件搭建了激光改性实验系统,分别研究了不同激光功率和辐照时间下,改性前后TiO2薄膜的表面形貌、晶相、光学吸收曲线、光吸收阈值、禁带宽度和导电性能的变化,并结合前文仿真和数值计算结果分析了以上因素对于TiO2薄膜改性效果的影响。实验结果表明,将激光表面处理技术应用于TiO2薄膜,可使其光学吸收曲线红移,光吸收阈值提升13.5%,禁带宽度减小18.2%（2.75e V）,薄膜电阻率减小。显著提高了TiO2薄膜的光学和电学性能。