TiO₂晶体是一种宽能隙的半导体,因其具有优良的性质,被广泛用于制作染料敏化太阳能电池的光阳极。由于过宽的能隙限制了它对太阳光能的进一步有效利用。为了匹配太阳光谱,必须降低它的能隙。本文利用第一性原理计算方法,研究了（TiO₂）₁₂量子环结构及属性,并对掺杂（TiO₂）₁₂量子环的光电性质做了详细研究,进一步研究了TiO₂团簇与染料分子相互作用时的相关性质。本文主要完成如下工作:（1）利用非金属及化合物对（TiO₂）₁₂量子环结构进行掺杂,分析了量子环的几何结构、平均结合能、能级分布情况、电子云密度分布情况等。分析后发现,掺杂后所有量子环的能隙都比（TiO₂）₁₂量子环的能隙小,并且大部分量子环的结构稳定,平均结合能也比较高。（2）设计了（TiO₂）38与（TiO₂）40团簇,优化并分析了两种团簇的几何结构与光电相关性质。分析后发现,（TiO₂）38团簇的能隙要小于（TiO₂）40团簇,更利于电子的跃迁和电池的光电转换,并且平均结合能也大于后者,电子云密度分布更加均匀。（3）根据JZ145染料分子设计了JZ145C染料,对比分析后发现,两种染料的光电性质都比较好,并且轨道间电荷转移比较彻底。将两种染料分子的片断吸附于（TiO₂）38团簇表面,通过比较发现,两种染料的吸附能大小均满足要求,且染料JZ145C片断的三种吸附方式的吸附能均高于JZ145片断,但是从电子云密度分布情况来看,单齿连接式吸附的电子云转移率过低,并不是理想的吸附方式,因此采用解离式吸附的染料JZ145C片断的性能最优。