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能源是人类赖以生存的基础，能源的开发和利用是社会发展的源泉。随着能源和环境保护问题的日益突出，寻找和利用清洁的可再生能源是目前人类面临的刻不容缓的任务之一。太阳能由于具有取之不尽、用之不竭、没有污染等特点而成为各国科学家开发和利用的新能源之一。染料敏化纳米结构太阳能电池以其成本低、制作工艺简单、转换效率高而受到广泛关注。
如何提高有机染料敏化太阳能电池的光电转换效率是目前有机太阳能电池研究的关键科学问题之一。本论文拟从拓展光敏染料的光谱响应范围为出发点，设计合成了四个系列十一个新型的纯有机染料敏化剂，并研究它们作为太阳能电池敏化剂的性能，各章的主要内容和主要结论简述如下：
第一章在简要介绍染料敏化纳米晶太阳能电池的结构及工作原理、纳米晶半导体电极、敏化剂和电解质有关知识的基础上，综述了近几年来的高效有机太阳能电池敏化剂的研究进展，在此基础上提出了本论文的设计思想和研究内容。
第二章采用Vilsmeier反应和Knoevenagel缩合反应合成了三个新型的铜酞菁类染料敏化剂Ⅱ-1，Ⅱ-2和Ⅱ-3，循环伏安法测试的电化学性能结果显示：三个染料的LUMO轨道能级都比二氧化钛导带位置高，可以作为二氧化钛的敏化剂，并成功地将三个酞菁染料Ⅱ-1～Ⅱ-3制作了太阳能电池器件，在75 mW/cm2白光(氙灯)的照射下测试了其光伏性能，其中染料Ⅱ-3能量转换效率达到0.43％(Jsc=0.49mA/cm2，Voc=0.42V，ff=0．55)。
第三章通过Sonogashira，Suzuki和Knoevenagel等经典反应合成了三个新型的含苯并噻二唑菁染料衍生物Ⅲ-1～Ⅲ-3，三个染料经过循环伏安法测定了其电化学性能，结果显示三个染料的LUMO轨道能级都高于二氧化钛导带能级，适合作为二氧化钛的敏化剂。最终用三个菁染料Ⅲ-1～Ⅲ-3制备了染料敏化纳米晶太阳能电池器件，在75mW/cm2白光(氙灯)的照射下，Ⅲ-1的光电转换效率达到了7.62％(Jsc=22.10mA/cm2，Voc=0.54V，ff=0.48)。
第四章通过Suzuki，Sonogashira偶联反应和Knoevenagel缩合反应等合成了两个新型的含有噁二唑的染料敏化剂。两个染料经过循环伏安法测试了电化学性能，结果显示两个染料的LUMO轨道能级都高于二氧化钛导带能级，适合作为二氧化钛的敏化剂，并将两个染料成功应用于染料敏化太阳能电池，在AM1.5标准太阳光源下测试了其光伏性能。结果显示染料Ⅳ-2有较高的光电转换效率1.58％(Jsc=4.07mA/cm2，Voc=0.56V，ff=0.68)。
第五章设计合成了三个新型的含有荧葸的染料敏化剂(Ⅴ-1～Ⅴ-3)，其中荧蒽作为电子给体，噻吩或苯环为电子传输体，羧酸作为电子受体。三个染料敏化剂经过循环伏安法测试了电化学性能，结果显示三个染料的LUMO轨道能级都高于二氧化钛导带能级，适合作为二氧化钛的敏化剂。我们也采用Gaussian 03，B3LYP/6-31G计算法对三个染料进行了量子计算，计算结果从理论上证明了三个染料受光激发后，电子云由供体单元流向受体单元。将三个染料成功应用于染料敏化太阳能电池，在AM 1.5标准太阳光源下测试了其太阳能电池性能。结果显示Ⅴ-1有较高的光电转换效率4.4％(Jsc=14.71mA/cm2，Voc=0.53 V，ff=0.56)。