染料敏化太阳能电池（Dye Sensitized Solar Cell，简称DSSC）由瑞士洛桑高等理工学院Gretzel教授于1991年率先制备，立即受到国际上广泛的关注和重视。之后各国科研人员对其进行大量的研究并取得了一定的进展，但仍存在许多尚需解决的问题，如其核心部件TiO₂纳米晶膜的光电转换性能有待提高、染料急需低成本化、开发高效电解质与固态电解质、如何实现电池大面积化以及电池结构的优化等。本文采用改进的溶胶-凝胶制备工艺以及利用聚苯乙烯作为造孔剂制备Gd、N共掺杂多孔TiO₂纳米薄膜，分析了薄膜中孔隙、粒径大小等对薄膜性能的影响；根据第一原理研究轨道有序态及其对光电性能的影响，定性和定量分析TiO₂的能带变化与掺杂Gd/N等物质的关系。研究结果表明：溶胶-凝胶法所得薄膜在500℃温度下煅烧得到的TiO₂为锐钛矿晶型，颗粒的大小约为20nm。膜的表面出现较多的孔隙，没有团聚和裂痕。以此薄膜组装了DSSC，通过对其电池的I-V测试，TiO₂薄膜厚度约10μm时，其光电池的性能最好，其开路电压为0.382v，短路电流为0.332mA。TiO₂结构的多孔隙性保证了较多染料的吸附，进而增强了捕获太阳光的能力，薄膜的合适的厚度有利于使染料分子及电解质充分地吸附到纳米TiO₂中，有利于载流子的传输和转移，抑制复合与暗电流。以聚苯乙烯（PS）微球为造孔剂，结合溶胶-凝胶法制备了具有良好光电性能的锐钛矿多孔TiO₂薄膜电极。其中PS微球乳液为7%时，TiO₂薄膜电极表面分布着较多孔径均匀的圆形小孔，其光电转换效率效果最优，短路电流Isc为0.4979mA／cm²，开路电压Voc为0.6696V，填充因子FF为38.15％，比没有造孔剂时效果有大幅提高。而通过Gd、N共掺杂制备的多孔电极最好的效果，在掺杂Gd为0.5%，掺杂N为0.3%。时候，效果达到最好，其开路电压为0.649v。短路电流为0.713mA／cm²，相对没有掺杂的多孔膜电极其效率提高51.47%。采用密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了锐钛矿相及Gd、N共掺杂TiO₂的基态几何、电子结构，计算得到TiO₂的晶格常数与实验结果的偏差很小；掺杂能级的形成主要是掺杂Gd、N的4f轨道的贡献。掺杂GdN后，不仅使TiO₂的吸收带产生红移，且增强了TiO₂在紫外区的光吸收，因此GdN型的共掺杂能使TiO₂的禁带变窄，光电性能得到提高。