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分子可用作无机化合物表面的构筑单元来制备电子或光电子器件。通过表面分子功能化，实现器件界面性质在纳米尺度的调控，从而调节器件性能。在本论文中，我们通过调节染色液溶剂组分或者修饰光功能分子结构，调控染料分子在纳晶二氧化钛表面自组装体的性质，运用光电子能谱、衰减全反射-傅立叶变换红外光谱、瞬态吸收/发射光谱以及物理电子学谱，研究染料分子自组装体性质对其光诱导界面电荷转移过程的影响，并最终与染料敏化太阳电池性能关联。主要取得的结论如下:
(1)用两种染色液溶剂，即THF和质量比为4∶1的混合溶剂AN/THF，来调节给体-受体有机染料分子C220在二氧化钛表面的自组装体性质。研究表明，染色液溶剂AN/THF诱导染料分子在二氧化钛表面的担载量增加。担载量较高的染料分子层具有较大的分子层压缩厚度，有效地抑制二氧化钛基底中Ti2p光电子的逸出，并且减慢二氧化钛中注入电子和电解质中Co(Ⅲ)的复合反应，从而提高电池的开路光电压，使器件功率转换效率在模拟AM1.5G太阳光谱，100mWcm-2照射条件下达到10％。此外，具有较高担载量的分子自组装层中分子的热力学构象分布较窄，分子趋向刚性化，从而增加激子的寿命。
(2)在以双烷氧基取代三苯胺为电子给体(D)、双烷基修饰噻吩并环戊二烯为π连接单元以及腈基丙烯酸为电子受体(A)的D-π-A有机染料骨架的侧边（π）或尾部(D)修饰不同长度的烷基链，来调控分子在二氧化钛表面的自组装体性质。研究发现，较长的分子侧边或尾部烷基链诱导吸附的染料分子与二氧化钛表面法线的倾角变小，使二氧化钛中电子和氧化态染料中空穴的空间距离增加，从而降低电荷复合速率。此外，具有较长的分子侧边或尾部烷基链使分子层压缩厚度变大，使了二氧化钛中电子和电解质中Co(Ⅲ)的空间距离增加，抑制界面电荷复合，提高器件开路光电压，最终使器件功率转换效率在AM1.5G模拟全太阳光谱条件下达到10.1％。
(3)基于以己氧基取代三苯胺为电子给体、噻吩并环戊二烯为π连接单元以及腈基丙烯酸为电子受体的有机染料，通过改变和给体连接的π-A片段数目来调控染料分子在二氧化钛表面自组装体的性质。研究表明，相对于具有一个π-A片段的染料分子，含两个π-A片段的染料分子担载量较高，且分子层的压缩厚度较大，有效地抑制Ti2p光电子逸出到真空。但是具有两个π-A片段的分子自组装层中含有较多的以一个羧酸根接枝在二氧化钛表面的染料分子，另一个羧酸悬于二氧化钛表面，导致较低的界面电子注入效率以及较快的二氧化钛中电子和电解质中Co(Ⅲ)的复合速率，从而使器件开路光电压和电荷收集效率降低。
(4)通过在多联吡啶钌染料的辅助配体上分别引入疏水的2-壬基、2-己基噻吩以及2-（己基硫）噻吩来调控染料在氧化钛表面的组装体性质。研究表明，具有2-壬基、2-己基噻吩以及2-（己基硫）噻吩的染料分子在氧化钛表面的光吸收依次增强，外量子效率在蓝区和红区逐渐增加，用较薄的光活性二氧化钛层即可实现较高的功率转换效率。基于2-（己基硫）噻吩双亲联吡啶钌染料组装体结合I-/I3-氧化还原电对电解质的高效电池的温度依赖特性表明，随着温度的升高，界面电荷复合速率加快，氧化钛表面态增多，导致电池中电子的扩散长度变短，电子收集效率降低，开路光电压减小。但是，在我们研究的温度范围内电池的短路光电流随温度升高而增加，与电子扩散长度变短矛盾，表明界面激子解离效率增加。
本论文的研究为今后高性能染料分子的设计和开发以及器件工程提供重要线索。