由于全球能源需求的日益增长和环境污染问题的日益严峻,寻找新的、可再生的清洁替代能源迫在眉睫,其中太阳能越来越受到人们的重视。光电化学电池是一种可实现太阳能向电能转换的光电化学器件,如染料敏化太阳能电池（DSSCs）。传统DSSCs的光阳极是由三维多孔TiO₂纳米颗粒薄膜构成,其具有大的比表面可以有效提高敏化剂的吸附量,但在光生电子传输和载流子复合上的不足,使得TiO₂纳米晶电极的载流子收集效率较低。为了提高电池性能,在保证电极比表面积的前提下,需要尽可能地提高光生载流子的收集效率。针对这一问题,本论文从提高载流子传输角度考虑,选择高载流子迁移率的SnO₂和ZnO半导体作为光阳极的主要构成材料,研究了从纳米球到无序纳米管再到有序纳米线阵列光阳极结构的电池性能;并从抑制复合出发对各电极结构进行了优化研究。具体研究内容如下:1、为解决空心纳米球电极中的电子传输问题,在100°C无表面活性剂的条件下制备了相互之间具有较好连接的SnO₂空心纳米球（SnO₂ HNS）。由于在载流子传输方面的优势,SnO₂ HNS电极获得了1.51%的能量转换效率。为了进一步优化器件性能,我们制备了具有较高载流子传输速率、较低界面电子复合速率和良好光吸收性能的SnO₂ HNS-TiO₂核壳结构光阳极。SnO₂ HNS-TiO₂电极获得的能量转换效率高达6.54%,是SnO₂ HNS电极能量转换效率的3.3倍,较商业SnO₂纳米颗粒-TiO₂异质结电极的能量转换效率提高了53.9%,更重要的是,这种核壳结构的光阳极比传统的P25电极的能量转换效率提高了21.5%。2、以碳纳米纤维为模板通过低温均匀沉淀法制备了由SnO₂纳米片组成的次级管状结构（SnO₂-HT）。由于纳米片接触紧密,所制备的SnO₂-HT经过超声分散滴涂干燥成膜后,仍保持较高的长径比,而且管与管之间具有较好连接,能有效减少电子在转移过程中所受到的扩散阻碍,有利于电子传输。SnO₂-HT电极的能量转换效率达到1.86%。进一步通过TiCl₃溶液处理对SnO₂-HT电极进行优化,制备了SnO₂@TiO₂-HT核壳结构光阳极。SnO₂@TiO₂-HT基电极的能量转换效率是SnO₂-HT基DSSCs能量转换效率的1.67倍。另一方面,SnO₂@TiO₂-HT基DSSCs较用TiCl₄溶液处理SnO₂-HT得到的SnO₂-TiCl₄核壳结构的电池效率提高了13.5%。这一结果表明对于管状结构,SnO₂@TiO₂-HT核壳结构光阳极具有更长的电子寿命,能更有效得抑制复合损失。3、通过氨水辅助水热法在FTO基底上制备了多孔ZnO纳米线阵列（NW）,长度达到23μm。多孔ZnO NW基电极的能量转换效率达到了0.71%,较没有孔结构的ZnO纳米线阵列有大幅提高。为了优化多孔ZnO NW基电池性能,用滴涂干燥的方法在ZnO NW上包覆了锐钛矿相的Ti O₂。当TiO₂的包覆次数为4次时,电池能量转换效率达到3.06%,较未包覆前提高了3.3倍。这一结果应归因于Ti O₂的包覆一方面阻止了ZnO与染料分子形成络合物,另一方面抑制了ZnO光阳极中载流子的复合。4、相比于FTO玻璃基底电池,柔性太阳能电池具有质量轻、成本低、可进行快速大面积生产等优点,具有更大的实际应用潜能。本部分对柔性光阳极结构进行了初步研究,为柔性器件的研究奠定基础。以不锈钢网为基底生长的ZnO NW光阳极基电池的能量转换效率为0.66%,较相同条件下以FTO为基底生长的ZnO NW光阳极的能量转换效率明显提高。为了阻止ZnO与N719染料形成络合物,提高SSM/ZnO NW光阳极结构的电池性能,我们通过CdS敏化对ZnO NW基光阳极进行了优化。ZnO-CdS光阳极具有以下优点:将光吸收范围扩展至可见光区域、为载流子传输提供高速通道、抑制载流子的复合。ZnO-CdS-15光阳极基光电化学电池显示了最大光电流密度（Jp=7.08 mA cm?2）和能量转换效率（η=1.88%）。