随着人们对清洁能源的日益青睐,寻求可替代化石能源的可循环清洁能源迫在眉睫。染料敏化太阳能电池(DSSCs)作为清洁能源的一种,因其与刚性和柔性半导体的兼容性好,导带能级易匹配等优点受到了广大能源研究者的瞩目。另外,随着纳米级别制作工艺日渐成熟,纳米材料已经逐渐在各行各业中得到应用。因此,本次工作的目的就是探讨纳米石墨烯材料在DSSCs中的应用的可行性。首先,我们研究了石墨烯量子点(GQDs)的填充对DSSCs光敏层的光学性能的影响。利用多枝染料JH-1为光敏染料层,研究其优化结构、电化学参数、光学性能、以及GQDs掺杂在电场作用下的非线性光学(NLO)作用。其次,我们从分子内排列和界面的角度研究光敏层与半导体基底之间的石墨烯层,对染料敏化太阳能电池电子传输性能的影响。通过前线分子轨道,分子内电荷转移,弱相互作用,界面电子注入动力学和其他微观参数探索锚定石墨烯层片后对DSSCs短路电流密度(Jsc)和开路电压(Voc)的影响。结果表明石墨烯量子点不仅改善了太阳能电池的光学性能,而且在GQDs的作用下,电子转移可以通过一个特定的外部电场来控制。当外加电场强度小于20×10-4 au(au:任意单位)时,前线分子轨道不变。当外加电场达到25×10-4 au时,石墨烯量子点上的前线分子轨道发生演化。这一发现允许电子从光敏层转移,并由非线性光学开关来控制。此外,石墨烯层片可以加速染料分子向半导体基底的电子注入,不仅在注入时间上有质的减少,而且在注入量的增加上也有质的变化,从而增加了太阳能电池的Jsc和Voc。因此,适当的石墨烯构型可以有效提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。应用纳米石墨烯材料可以作为提高DSSCs光电性能的新途径。