染料敏化太阳电池（DSSC）,是一种潜在的、低成本光伏技术,可将太阳光转换为洁净的电能。DSSC所具有的调色板和透明度等优质特性,能同步提供日光与电能,可被广泛运用于建筑集成光伏（BIPV）。然而,基于钴基电解质的高效DSSC的稳定性限制了DSSC的大规模生产应用。光敏染料作为DSSC器件的核心组成部分,控制器件的光吸收和界面电荷复合,对器件的稳定性起着决定性作用。围绕这一主题,本文将从多角度就基于光敏染料分子结构依赖的激发态、界面电荷转移动力学对器件性能影响,以及光热老化下器件降解的内在起源等方面,做了系统地研究。本文的主要内容概括如下:通过巧妙的利用分子内的付克烷基化反应,构造了两种萘基的共轭多环单元菲并噻吩（PT）和苯并茚并噻吩（BIT）。通过助溶基团己基苯基的进一步侧边修饰,结合辅助电子给体二苯胺（DPA）和电子受体苯并噻二唑苯甲酸（BTBA）,合成了给体-受体型有机染料H1和H2。基于光物理、电子学表征以及理论计算,详细地探讨共轭单元PT和BIT对分子能级、光吸收、电荷转移动力学以及光伏性能的影响。将这两种染料制备为钴基DSSC器件,基于H2的无共吸附剂的染料敏化太阳电池的光电转化效率达到了10.3%。与H2器件相比,H1有着更高的开路电压,在长时间光热老化下,基于H1器件效率的保有率可达到90%。通过引入更加缺电子受体苯并噻二唑三键苯甲酸（BTEBA）,并结合共轭单元PT和BIT制备了两种窄带隙的光敏染料H3和H4。通过理论计算探究了BTEBA对分子前线轨道的影响,相比基于BTBA的染料H1和H2,H3和H4的最低未占据轨道能级（LUMO）大约有100 me V的下降。借助飞秒荧光和瞬态吸收测试,在DSSC器件中,窄带隙的光敏染料H3和H4展现出高效的电荷分离效率。因此,结合钴电解质,基于H4无共吸附剂的DSSC器件的光电转化效率可达到10.9%,这归因于更宽的光电流响应;另外,在60℃的全光下老化1000小时后,H3器件具有出色的稳定性,保留其原始效率的88%。通过理论模拟得出H3在二氧化钛表面吸附的更加紧密有序,这说明H3在二氧化钛薄膜上形成的自组装薄膜比较致密,可有效的控制界面电荷复合。通过侧边的π共轭延展对给体单元PT进行修饰,得到稠环单元苯并菲并噻吩（BPT）,并结合辅助电子给体二苯胺,分别连接电子受体苯甲酸（BA）、BTBA、BTEBA和氰基丙烯酸（CA）,制备了给体-受体型有机染料HW5、HW6、HW7和HW8,用于详细研究电子受体对染料的能级、能隙、光吸收、电子注入动力学、空穴注入动力学和界面电荷复合、器件光热稳定性的影响。染料无论在THF溶液中还是接枝在氧化物薄膜上,以BA、BTBA和BTEBA为电子受体的染料均具有较长的激发态寿命,而以CA为电子受体的染料的激发态寿命则较短。结合钴联吡啶电解质,在60 ℃光热条件下加速老化1000 h后,以CA、BTBA和BTEBA为电子受体的DSSC器件具有优异的稳定性。旨在满足DSSC未来商业化需求,通过π共轭延展设计,在稠环单元PT、BIT以及BPT的基础上,合成了新的多环杂芳族化合物苯并茚并噻吩-苯并茚并噻吩（BIT2）和菲并噻吩-菲并噻吩（PT2）。BIT2、PT2、茚并噻吩-茚并噻吩（IT2）和苯并菲并噻吩-苯并菲并噻吩（BPT2）一起用于构建有机光敏染料,以阐明横向π共轭延展的积极作用。通过理论计算,横向π延展可导致基于三键苯并噻二唑苯甲酸（EBTBA）电子受体的染料分子的LUMO能级下降。这些染料用于制备半透明的染料敏化太阳电池,表现出金橘色、红色以及靓丽的蓝宝石色。另外在AM1.5G条件下,具有令人愉悦的蓝色半透明太阳电池首次实现了超过10%的光电转换效率。由横向π共轭延展的染料制成的红色和蓝色太阳电池在60 ℃的光下老化1000 h后仍然具有良好的耐久性。这项研究表明:半透明的DSSC在建筑集成光伏领域有着潜在的应用前景。