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一维TiO2纳米材料是一种重要的无机半导体,因具有卓越的化学稳定性,独特的几何结构以及优异的光学特性和电学特性,而在光电转换等应用领域备受关注。本论文采用水热合成法,使用钛酸异丙酯作为钛源,乙二醇作为抑制剂,四甲基氢氧化铵为解胶剂,通过键接连接的方式,人为控制晶体沿[001]方向定向生长,最终形成暴露面为(101)面、表面褶皱状的特殊形貌的锐钛矿TiO2纳米棒。通过调节“水-乙二醇”溶剂比例以及钛前驱体、四甲基氢氧化铵解胶剂的使用量,实现纳米棒直径在15 nm～100 nm和长度50 nm～400 nm范围内连续、可控调节。鉴于该材料表现出优异的电荷传输特性,将其应用到染料敏化太阳能电池(DSSC)、量子点敏化太阳能电池(QDSSC)和介孔钙钛矿太阳能电池(PSC)等新型的太阳能电池器件中。主要研究内容与结论如下：在DSSC中以TiO2纳米棒介孔薄膜层为工作电极,以太阳能电池的光电转化等器件物理参数为基础,通过系统性研究纳米棒长径比尺寸以及介孔膜孔隙等参数对染料吸附、电子传输/复合动力学的影响规律。我们发现以尺寸为16×120 nm的细长状TiO2纳米棒为工作电极,以基于钉的有机染料Z907作为敏化剂组装的DSSC器件,获得了8.87%的光电转换效率(PCE)。将该类TiO2纳米棒应用于以CdSe量子点作为敏化剂的QDSSC中,我们发现其相较于传统的TiO2纳米颗粒具有更加优异性能。研究结果表明：(1)取向键接制备的纳米棒TiO2介孔薄膜具有较宽的孔隙大小分布,量子点负载量和电解质扩散性能得以提高；(2)类似一维材料构成的网络结构,具有较高的电子扩散系数以及较长界面复合寿命,实现光生电子快速传输以及较高载流子收集效率。最后与具有高效催化性能的Cu2ZnSnS(Se)4纳米晶体对电极组装的器件实现了电流密度(Jsc)、开路电压(Voc)和填充因子(FF)的全面提升,从而实现器件的光电转化效率的显著提升达到5.96%。将该类TiO2纳米棒作为介孔层应用于PSC中,通过制备工艺的系统性研究,结果表明在20-30 nm致密层,控制介孔膜厚度为250 nm左右以及钙钛矿帽子层厚度在150nm,器件的性能达到最优。因其具有快速的电子传输能力和优异的电子收集效率,实现13.4% PEC。更为重要的是,相较于以传统TiO2纳米颗粒制备的器件,该类器件在正反扫J-V测试迟滞现象较小。