量子点敏化太阳能电池(QDSC)是染料敏化太阳能电池(DSC)的重要发展方向,近年来受到人们的广泛关注。不同于传统的有机或配合物染料,量子点具有带隙可调、制备简单、消光系数高等优点,特别是可以产生多激子效应,使得量子点电池的理论效率高达44%。但是,QDSCs电池光电转换效率目前还远低于传统DSC电池,因此,为了提高QDSC电池效率,必须对电池关键材料和电池结构进行系统优化。本论文围绕如何获得高效率QDSC电池,从电极材料(包括光阳极和对电极)的设计、制备、优化和性能研究来开展工作,取得了如下研究成果:　　 (1)基于纳米颗粒TiO2光阳极的设计、制备及系统优化:调节20nm锐钛矿型TiO2和300 nm的金红石型TiO2的配比制备了4种TiO2浆料,采用丝网印刷法获得了包括不同厚度透明层、散射层在内的9种TiO2光阳极。进一步发展了CdS、CdSe量子点原位沉积技术。在此基础上,系统研究了不同比表面积、不同孔隙率和孔径尺寸的光阳极对于CdS/CdSe-QDSC电池性能的影响。首次定量研究了QDSCs电池光捕获效率(LHE,light-harvesting efficiency)和电子转移产率(electron-transferyield)。在100mW·cm-2光强(AM1.5)下获得了4.92%光电转化效率,其电子转移产率为95.2%,为此类电池的高效率之一。　　 (2)采用ZnO模板一溶胶提拉辅助方法在透明导电玻璃(FTO)上直接获得TiO2纳米管阵列(TNT),并研究其在CdS/CdSe QDSC电池中的应用:采用ZnO纳米棒阵列模板法,直接在FTO上生长ZnO纳米棒阵列,再通过提拉法获得ZnO/TiO2核壳结构纳米棒阵列和TiO2纳米管阵列。研究了TiO2纳米管阵列和CdS/CdSe共敏的TiO2纳米管阵列的形貌和光电性质,阐述了CdSe沉积时间对于电池效率的影响及CdSe量子点在TNTs表面的生长方式。进一步通过电化学交流阻抗谱(EIS),对CdSe沉积时间对开路光电压(Voc)变化趋势进行了研究。基于上述方法得到的TiO2纳米管阵列的QDSCs电池在100mW·cm-2光强(AM1.5)下可以达到4.61%转化效率,这是目前报道的基于三明治结构TiO2纳米管阵列的QDSCs电池最高效率。　　 (3)碳对电极在CdS敏化太阳能电池中的应用:首次将碳对电极应用在CdS量子点敏化太阳能电池中,在100mW·cm-2光强(AM1.5)下得到1.47%的光电转化效率。而在相同条件下,以Pt为对电极的CdS QDSC电池效率只有0.17%。进一步采用电化学阻抗谱(EIS)系统研究了不同对电极对多硫电解液的催化活性、电解液与对电极接触界面的电荷传输阻抗(Rct)性能的影响。结果表明:由于Pt电极与多硫电解液有较强的化学吸附作用,明显降低了电极的导电性和催化活性。碳电极因其具有大表面积、对多硫电解液的抗腐蚀能力强,表现出较高的催化活性和稳定性,显示出较好的应用前景。　　 (4)Cu2S/C复合对电极的制备、优化及稳定性研究:针对目前广泛使用的在黄铜片上原位制备Cu2S对电极的局限性,基于我们研究组在Cu2S对电极方面前期的工作基础,我们通过调节活性炭、炭黑和自制的Cu2S纳米颗粒的比例,得到适用于丝网印刷的Cu2S/C复合浆料,进而获得Cu2S/C复合对电极。在100mW·cm-2光强(AM1.5)下,采用这种对电极的CdS/CdSe-QDSC可以得到15.4mA·cm-2短路电流(Jsc)和4.12%的光电转化效率。制备了封装的薄层对称电池,研究了8天内薄层对称电池的Tafel曲线变化,结果表明Cu2S/C复合对电极具有较好的稳定性。基于此Cu2S/C复合对电极,对QDSC电池进行了封装,并且在400小时后电池保持了原始电池效率的80%。