本发明提供了纳米结构的宽禁带半导体的表面分子层缺陷的填充方法，有效改善了具有电荷转移重组能低等特性的钴基单电子媒介体的使用所引发的界面电荷符合快、短路时电荷收集效率降低的问题，该方法先将纳米结构的宽禁带半导体电极浸入染料溶液中进行染色；然后将上述染色后的半导体薄膜浸入含有填充剂的溶液中进行染料分子层缺陷的填充；所述的染料在填充剂的溶液中的溶解度小于10微摩尔每升。本发明还提供上述宽禁带半导体的表面分子层缺陷的填充方法得到的半导体电极在染料敏化太阳电池中的应用。该填充方法可以有效控制界面复合反应的电子隧穿距离，从而减慢染料敏化太阳电池界面电荷复合，提高器件的光电压、光电流和功率转换效率。