近年来发展的以多孔纳米晶为特征的染料敏化太阳电池由于其简单的制作工艺和极其低廉的成本和较高的光电转换效率而成为科学研究的热点。短期内不能产业化的其中一个原因是效率还较低，同时由于采用液态电解质存在密封问题，需进一步提高稳定性。在低效率电池市场中，无法与已经发展成熟的非晶硅和CIGS太阳电池竞争，因此找到它在低效率电池市场中的位置，发挥其优点是其是否能产业化的关键。光电致变色器件巧妙地结合了染料敏化太阳电池与电致变色的优点，既能用电致变色节能，又能解决电致变色的电源和安装成本问题，是染料敏化太阳电池进入市场的一个较好的切入点。 本文在研究染料敏化太阳电池制备工艺的基础上，创新性地研究了几种新型结构的染料敏化太阳电池和光电致变色器件。 本文选择了发展比较成熟的水热法(200℃和230℃)和商业P25纳米TiO2粉不同工艺制备的染料敏化太阳电池进行了比较研究，并从TiO2颗粒大小、孔径、晶型和光学特性等方面分析了不同工艺对制备的电池性能的影响。 针对染料敏化太阳电池在长波范围吸光能力差的缺点，创新性地提出了一种新的可二次利用太阳光的染料敏化太阳电池的改进结构，通过在镀铂的导电玻璃背面附上一层银反光膜后，可以将从光阳极透过的没有被充分利用的光通过银反光膜再次反射回光阳极，达到二次利用光的目的，从而提高太阳电池的光电转换效率。并对不同膜厚、不同工艺制备的电池的光学性质和效率进行了研究。结果表明：传统的染料敏化太阳电池都有相当一部分光透过电池没有充分利用，通过二次利用光的改进结构，不同膜厚、不同工艺制备的电池的短路电流和光电转换效率都有明显提高。以水热法制备的7μm和15μm膜厚的电池，改进结构相对于传统结构的电池效率分别提高了41.74％和22％。用P25纳米TiO2粉制备的14μm膜厚电池，改进结构相对于传统结构的电池效率提高了11.4％。同时这种新的二次利用光的染料敏化太阳电池改进结构相对于其它文献已提出的增加电池光谱吸收的改进结构有其独特的优点：明显提高电池效率的同时，制备工艺更为简单和成本相对低。 由于一天中太阳方位角和高度角不断地变化，使传统平面太阳电池在接收阳光时存在"cosine"能量损失。本论文原创性地发明了一种螺旋丝状集成的立体吸光太阳电池，在太阳模拟器和自然光下考察了它的性能。与传统的平面太阳电池相比，在自然光下立体吸光电池表现出与松树针叶吸收阳光类似的特点：由于螺旋丝状的光阳极可以从空间各个方向吸光，具有被动式跟踪太阳光的优点，提高了太阳电池在一天中特别是上午和下午时的发电量；立体吸光电池对太阳方位角和遮阴不敏感；增大了吸收太阳散射光和周围环境反射光的面积；在相同的安装底面积上，通过螺旋丝状光阳极伸向空间增加对空间的有效吸光面积，从而提高了单位底面积上太阳电池的输出功率。与平面结构的太阳电池相比，解决了在接收阳光时的"cosine"能量损失问题。与传统的液态染料敏化太阳电池相比，在封装工艺上更具优势。在模拟器和自然光下测得的效率分别是3.36％和4.13％，并与目前正为解决封装问题的固态染料敏化太阳电池具有较接近的效率。 根据立体吸光电池与松树针叶利用阳光类似的特点，利用仿生学原理和分形理论，首次提出了将立体吸光电池的组件模仿自然界中松树的结构进行排列，形成立体空间吸光结构，增加对空间吸光面积，并进行了初步实验。结果表明：一天中不同时刻遮阴后的立体吸光电池的组件相对于没有遮阴时牺牲的效率在10％到21％之间变化，说明以一定规律排列的立体吸光电池组件可以象自然界中的植物一样，在牺牲少量效率的情况下，形成立体空间吸光结构，达到对太阳能更合理的利用，从而解决太阳辐射能流密度低的缺点和太阳电池的占地面积问题。 在研究丝状光阳极制备染料敏化太阳电池的基础上，发明了一种新的丝状光阳极集成的光电致变色器件。通过研究器件在着色态和褪色态的透过光谱，结果表明：以两根钛丝制备的光阳极为电致变色供电的光电致变色器件，褪色态平均透过率是68.0％(400-1100nm)，着色态平均透过率是26.1％(400-1100nm)。与传统的光电致变色器件相比，新的光电致变色器结构的光谱响应范围应—步拓宽，解决了传统的光电致变色器件褪色态透过率低的缺点。