染料敏化太阳电池(DSSCs)由于其原料成本低廉、染料结构调控简易、制作工艺简单、色彩易调节等独特的优点,被认为是最有发展前景之一的太阳能电池。光敏染料在DSSCs中扮演着核心作用,它起到吸收太阳光和注入电子的作用,它的好坏直接决定了电池的优劣性。在众多光敏染料中,纯有机染料由于摩尔消光系数高、环境友好、结构调控简单等优点,使其在近些年来受到世界范围内科研工作者们的广泛研究。本论文设计合成了一系列基于新型供体-受体-供体(D-A-D)结构共轭π桥的纯有机染料,并将它们成功地应用于染料敏化太阳电池中。本论文旨在通过对染料光物理、电化学和光伏性能的系统研究来理解染料结构与性能之间的关系。具体的研究工作主要分为以下几个方面:第二章,二(噻吩并吡咯)并苯并噻二唑(DTPBT)这一D-A-D大共轭结构被引入到纯有机染料中构建出新型的D-π-A结构染料(DTP1-4)。通过对比不同的电子给体(三苯胺和吩噻嗪)以及π桥中不同位置的噻吩基团的插入对染料吸收光谱、能级和光伏性能的影响。实验结果表明,基于DTPBT基团的这四个染料都具有很高的摩尔消光系数。这说明DTPBT大平面共轭结构的引入能够有效地提高染料的摩尔消光系数。此外,由于三苯胺独特的螺旋桨结构有利于抑制分子间聚集以及它具有更大的HOMO能级数值,导致三苯胺作为电子给体的染料展现出比吩噻嗪染料更优越的电池性能。在π桥中的插入噻吩基团能够有效地拓宽染料的吸光范围,但是会使染料在TiO2表面发生严重的聚集,从而导致染料的电子注入效率和光电转换效率下降。最后,以三苯胺为电子给体的染料DTP4在1 mM鹅去氧胆酸(CDCA)的共吸附作用下,获得了7.55%的光电转换效率。第三章,在前面工作的基础上,为了拓展D-A-Dπ桥结构染料分子的结构多样性,以及探讨二(噻吩并吡咯)并苯并三氮唑(DTBT)这一新型D-A-D结构的引入能否带来染料性能的提高,四个基于DTBTπ桥的染料DT1-4被合成和应用到DSSCs中。研究发现基于DTBT基团的这四个染料的摩尔消光系数更加高了,达到了5.9–7.0×104 M-1 cm-1。DTBT基团上不同的烷基链类型对电池的光伏性能有非常显著的影响。枝状的异辛基相比直链状的正己基能够更好的抑制分子间聚集和阻碍电子复合。最终,基于染料DT4的DSSCs获得了最高的8.05%的光电转换效率第四章,考虑到前面两章内容中的大部分染料高光电转换效率的获得还是要强烈的依赖于鹅去氧胆酸(CDCA)的共吸附作用,我们希望通过缩短大共轭平面结构来减少染料分子间的π-π堆积作用来构建出不聚集的染料。因此,同样具有D-A-D结构的二戊基二噻吩并喹喔啉(DPQ)基团被引入到染料中合成了染料DQ1-5。研究结果表明,不同的电子给体(三苯胺、二己氧基三苯胺和吲哚啉)中,给电子能力越强,染料的HOMO能级数值就越小、吸收光谱会越红移,进而影响染料的光伏性能。还发现在π桥中插入富电子基团EDOT或苯并噻二唑(BTD)都能有效地拓宽染料的吸光范围,减小HOMO-LUMO能级带隙,并显著影响染料的电池性能。EDOT的插入会使染料HOMO能级过度上移,从而导致电池的电子寿命和效率都下降。而另一方面,BTD的插入却能带来更好的染料电子跃迁、更高的IPCE数值和更长的电子寿命。最终,以吲哚啉为给体、π桥中插入BTD的DQ5获得了7.12%的光电转换效率,并且染料DQ1-5都展现出良好的不聚集现象。第五章,设计合成了以二亚己基为链接基的双D-π-A染料同分异构体(DB-D和DB-B),同时合成了单D-π-A染料SB-B作为参比。研究结果表明链接基连接在不同位置(供体或π桥)对染料的光物理和电化学性能影响很小,但对染料的吸附量、在TiO2上的聚集情况和电子寿命有很大的影响。将链接基链接在供体上相比链接在π桥上能够更好的抑制分子间聚集,从而获得更高的短路电流和开路电压。最终,双边染料DB-D(链接基连接在供体上)获得了6.12%的效率,相比参比染料SB-B的效率(4.32%)提高了42%,而染料DB-B(链接基连接在π桥上)效率甚至低于SB-B,只有3.65%。