能源短缺以及环境污染已经成为当前人类迫切需要解决的两大危机,可再生且绿色的太阳能可能是解决这两大问题的最好选择之一。原材料价格便宜、制造简单易于工业化且转化效率较高的染料敏化太阳电池(DSSCs)已经引起了许多能源材料科学家们的广泛兴趣。敏化染料在DSSCs中起着将太阳光子捕获转化成为光生电子、并将电子注入光阳极的作用,可以简单地分为金属配合物和纯有机染料两大类。当前已经有转换率超过11%的以金属配合物染料为敏化剂的DSSCs的报道,但是这些配合物往往存在着难以提纯、光热稳定性不高等缺点。纯有机染料因其分子易于设计、合成原料来源广泛、易于提纯、摩尔消光系数高等优点引起了科研工作者的广泛关注。当前利用有机敏化染料代替贵金属钌配合物染料用于DSSCs,已经成为发展可大规模应用的DSSCs最为有效的途径之一。本论文设计合成三个系列的结构新颖的有机敏化染料分子,并测试了它们的光物理和光化学性质,构建了新型染料敏化太阳电池,研究了这些有机染料敏化剂的化学结构和光电转换效率之间的关系,探索了提高敏化太阳电池的光电流和开路电压的方法。具体的研究工作可分为以下三个方面:(1)设计并合成了两个以芴的衍生物为桥连电子给体、吩噻嗪为电子给体的“电子受体-电子给体-桥连电子给体-电子给体-电子受体(A-D-π-D-A)”结构的2A染料(DP-1,DP-2)。这两个2A染料由于含有两个光捕获单元、两个注电子通道所以摩尔消光系数得到了提高。同时,由于桥连结构芴单元的存在,染料的吸光范围得到了红移。而且,桥连结构对光电效率有着较大的影响。在加入共吸附剂CDCA后,DP-1敏化的太阳电池的光电转换效率可达5.87%,相对于1A染料SP-1转换效率提高了21%。研究表明,通过选择合适的桥连结构可以得到光电转换效率较高的A-D-π-D-A染料。(2)设计并合成了新颖的不对称2A染料(DP-3-DP-7)。以三苯胺、吩噻嗪、咔唑为电子给体结构进行组合,合成了5种新型的不对称2A敏化染料,并与相应的1A染料进行了对比。研究结果表明不对称的2A染料能够有效提高染料分子的HOMO能级,降低染料分子的LUMO能级,并大幅提升染料在可见光范围内的摩尔消光系数,且能有效地阻止染料在Ti O2表面的H-聚集。这种设计是一种有效地提高敏化太阳电池的光电流、开路电压的方法。(3)首次以无需过渡金属参与的C-H活化为关键步骤合成了6-溴1,4-二氢[3,2-b]吡咯并吲哚。然后以1,4-二氢[3,2-b]吡咯并吲哚为电子给体合成了5种吡咯并吲哚染料(IP-1–IP-5),并应用于构建新型染料敏化太阳电池,对结构与染料的光电性能的关系做了一些探讨。其中,染料IP-3敏化的器件可以得到0.73V的开路电压,10.44 m A/cm2的短路电流密度,5.40%的光电转换效率,达到了同等条件下经典染料N719的75%的效率。通过调整染料的结构,大幅提高了染料的摩尔消光系数,有利于短路电流密度的提高。这一研究为开发高摩尔消光系数的染料提供了一些有益的思路,为研制出高转换效率1,4-二氢[3,2-b]吡咯并吲哚的敏化染料做出了一些积极的尝试。