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1991年,Gratze研究小组开发研制出了染料敏化太阳能电池(DSSCs),因其具有成本低,光电转换性能好等优点,一直备受学者们的广泛关注。染料敏化剂是染料敏化太阳能电池的核心结构材料,与金属钌染料敏化剂相比,有机非金属染料敏化剂因分子结构易修饰,制作成本低和制作工艺简单等优点成为近年来研究的热点。以染料敏化剂的光电转换机理为依据,在前人的研究基础上,选择N-取代型咔唑为电子供体,苯并噻二唑为额外引入的受体,噻吩基或苯基为桥键,氰基乙酸或罗丹宁乙酸为最终键合受体,设计并合成三类共10个“D-A-π-A”新型咔唑染料敏化剂,并通过核磁和质谱对目标化合物进行表征,分析其合成反应过程及主要反应机理。并测试了染料的光谱吸收性能、电化学性能和光电转化性能,分析染料结构与光电转化性能的关系。选择以N-正丁基咔唑为电子供体,苯并噻二唑为额外引入的受体,苯基或噻吩基为桥键,氰基乙酸或罗丹宁乙酸为键合受体,设计并合成了 4个新型“D-A-π-A”结构的N-正丁基咔唑染料敏化剂。N-正丁基咔唑在NBS作用下发生溴代得到化合物3-溴-9-正丁基-咔唑,再依次分别与4,7-二溴-苯并噻二唑及5-甲酰基噻吩-2-硼酸、4-甲酰基苯基硼酸经两次Suzuki偶联反应得到含醛基中间体1-9和1-10,最后与氰基乙酸或罗丹宁乙酸经Knoevenagel缩合反应得到染料敏化剂ZXY-1～ZXY-4。对其光吸收性能和光电转化性能进行研究分析发现,以罗丹宁乙酸作为最终键合基团的染料分子ZXY-2和ZXY-4虽然具有较大的光吸收波长和摩尔吸光系数,但其IPCE仅分别为15%和40%,短路电流为4.12 mA/cm2和6.98 mA/Cmmm2,光电转换效率较低(1.65%～3.81%)。以氰基乙酸作为最终受体的染料ZXY-1和ZXY-3中,以噻吩为桥键的染料敏化剂ZXY-1,IPCE较高(65%),短路电流较大(12.08 mA/cm2);而以苯基为桥键的染料敏化剂ZXY-3,虽然吸光范围和摩尔吸光系数相对较低,但其开路电压较大,达到0.71 V。四种N-正丁基咔唑染料敏化剂中,以苯基作为桥键,氰基乙酸作为受体的染料敏化剂ZXY-3的光电转化效率最高(Jsc=10.99 mA/cm2,Voc=0.71V,FF=0.69,η=5.40%)。选择以N-苯基咔唑为电子供体,苯并噻二唑为额外引入的受体,苯基或噻吩基为桥键,氰基乙酸或罗丹宁乙酸为键合受体,设计并合成了 4个新型“D-A-π-A”结构的N-苯基咔唑染料敏化剂。N-苯基咔唑在NBS作用下发生溴代,再依次经两次Suzuki偶联,最后与氰基乙酸或罗丹宁乙酸经Knoevenagel缩合反应得到目标化合物ZXY-5～ZXY-8。性能测试结果表明,以罗丹宁乙酸作为最终键合基团的染料分子ZXY-6和ZXY-8,其紫外吸收波长和摩尔吸光系数较大,但IPCE只有7%～36%,短路电流小(2.29～5.97 mA/cm2),光电转换效率较低(0.82%～2.77%)。以苯基作为桥键,氰基乙酸作为最终受体的染料ZXY-7,具有较高的IPCE和开路电压,因而光电转化效率高(Jsc=9.14 mA/cm2,Voc=0.74V,FF=0.78,η=5.280%)。选择以N-正辛基咔唑为电子供体,苯并噻二唑为额外引入的受体,苯基或噻吩基为桥键,氰基乙酸为键合受体,设计并合成了两个N-正辛基咔唑类染料敏化剂。咔唑在NBS作用下发生溴代,然后与溴代正辛烷发生亲电取代,再依次经两次Suzuki偶联,与氰基乙酸经Knoevenagel缩合反应得到最终化合物ZXY-9和ZXY-10。染料性能测试结果表明,以噻吩为桥键的染料敏化剂ZXY-9,紫外可见吸收光谱红移,短路电流较大,光电转化效率高(Jsc=13.69 mA/cm2,Voc=0.64V,FF=0.64,η=5.62%)。