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光敏染料作为染料敏化太阳电池(DSSC)的核心单元，对于器件能量转换效率(PCE)的提升起着关键性作用。理解二氧化钛/染料分子/电解质的界面电荷转移动力学过程与染料分子的结构、能级及激发态寿命之间的内在联系，对于染料分子的理性设计以及器件制备工艺的优化具有重要的指导意义。本论文的主要研究内容如下: (1)在制备高性能染料C275的给体时，由于分子内环化反应不可控的发生在氮杂苝的两个位置上，生成的两种同分异构体分离非常困难。为解决这一问题，我们设计了分子内环化反应同时发生在两个位点的C293染料。理论计算表明，相比与C275及其同分异构体染料C292，引入更多的给电子基团使C293表现出更高的HOMO能级和更小的能隙。此外，在分子侧边引入非光活性基团，能够更好的抑制染料分子的聚集，实现了二氧化钛表面染料分子层微结构的理性调控，有效的阻碍了光诱导注入到二氧化钛中的电子与电解液的复合。我们使用含有高浓度4-叔丁基吡啶(TBP)的电解液来提升二氧化钛导带底，减小电子注入过程的驱动力冗余，提高了器件的开路电压。基于C293的器件能量转换效率达到12.6％。 (2)在染料分子的给体部分引入供电子能力更强的噻吩单元，设计合成了两种以噻吩并（屈）并咔唑(TCC)为核心单元的有机给受体染料。为了实现染料分子自身对于界面电荷复合过程的调控，我们在染料分子的烷氧基苯单元上多引入一条烷氧基，有效地抑制了注入到二氧化钛中的电子和电解质的复合过程，得到了更高的光电压输出。遗憾地是，这两种窄能隙染料在器件制备过程中出现了外量子转换效率(EQE)低的问题，考虑到染料分子因HOMO能级升高带来空穴注入变慢，以及因能隙变窄导致的平衡激发态寿命缩短可能限制了电子注入过程，我们对电解质的组成进行了精细地调控。在合理的范畴内提高了电子和空穴注入驱动力，提高了电子和空穴注入产率，C294的能量转换效率为11.7％，C295的能量转换效率可达到12.4％。借助时间分辨光谱及电子学测试实验，详细地研究了染料分子结构与光吸收、激发态动力学、载流子动力学的内在联系，以及这些物理参数与器件的光伏特性的紧密关系。