日益增长的城市化需要大量的能源来满足社会需求,导致地球对能源的需求急剧增加,从而引发了人们对新能源和清洁能源的迫切追求。染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种极具发展前景的清洁能源,染料是其中的重要组成部分。本研究的重点是DSSC新型纯有机染料的设计与合成,包括以下几个部分:第一,六种以咔唑为给体,吩噻嗪（PTZ）为π桥,氰基丙烯酸为受体的纯有机染料的设计与合成。本工作设计的染料,其中三种的PTZ单元连接乙基（CBPTZ-n2）,其余的连接2-乙基己基（CBPTZ-b8）。此外,我们在咔唑给体和PTZπ桥之间插入苯基,使这些分子具有不同的连接模式（o/m/pCBPTZ）。通过高斯计算证明了我们分子设计的可行性,如前沿轨道的能级、电子云分布以及吸收光谱均适合应用于DSSC器件中。通过光物理和电化学研究发现,这些染料具有较高的吸收强度、较宽的吸收范围以及与I^-/I₃^-的氧化还原电位、二氧化钛（TiO₂）导带相匹配的能级。第二,基于这六种新型染料进行了DSSC器件制备和性能优化。首先研究了mCBPTZ-n2染料和oCBPTZ-b8染料的浸泡温度、浸泡溶剂、光阳极厚度对DSSC器件性能的影响,优化了制备条件。然后,将六种染料各自应用于DSSC器件中,通过测量光电流密度-光电压（J-V）曲线和单色光光电转化效率（IPCE）曲线进行比较。其中基于mCBPTZ-n2的器件得到了最高的光电转化效率（PCE）8.76%。第三,研究了分子结构对器件性能的影响。通过测量每个染料的吸附能力,染料吸附于TiO₂薄膜的瞬态荧光谱（TRPL）,染料制备的器件的开路电压衰减（OCVD）和电化学阻抗谱（EIS）,对给体与π桥间不同的连接方式和不同的烷基链对染料性质和DSSC器件性能的影响进行了研究。我们的研究表明,在含有相同惰性烷基链的染料中,改变连接方式可以调节相应的扭转角,从而影响染料的分子内电荷转移（ICT）过程,得到不同的器件性能。同时,我们发现用长且带有支链的烷基链代替直链可以更有效地防止染料的聚集,而短链烷基则可以增加染料对TiO₂的吸附能力,从而在DSSC器件中获得较大的短路电流密度(J_SC)。