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染料敏化太能电池中，染料分子吸光后向光阳极半导体材料的电子注入过程被认为是起主要影响作用的过程，因此对有机光敏染料发光/激发态动力学的研究，对染料分子的理性设计提供更深层次的理解与指导非常重要。作为染料敏化太阳电池的重要组成部分的光阳极材料，由于它不仅负责担载染料分子，还起到输运光电子的工作。因而本论文首先结合飞秒时间分辨荧光光谱测试等技术，主要围绕有机光敏染料激发态动力学以及对光阳极材料性能的改善进行了系统的研究。主要研究内容以及结论如下: (1)选择了C210，C214和C216三种典型有机染料，含有不同杂原子的共轭单元（联呋喃、联噻吩和联硒酚），电子给体为双己氧基取代的三苯胺，电子受体为氰基丙烯酸，对几种染料分子的超快发光动力学进行了系统的研究。对三种染料分子在不同媒介中的激发态动力学分别进行了详细的考察:四氢呋喃/甲苯溶液、聚甲基丙烯酸甲酯/聚苯乙烯聚合物薄膜、氧化铝/二氧化钛薄膜表面，在以上介质中都发现了动态斯托克斯位移现象，表明发生了非平衡激发态的分子内多步弛豫过程，反映了非平衡激发态的能量沿着势能面的动态变化过程，且非平衡激发态的能量变化总体趋势都是随着时间的延长而降低。发现逐步的激发态能量弛豫与电子注入之间的竞争过程是导致非平衡激发态的电子注入产率低于平衡激发态的原因。通过C210，C214和C216制备的电池器件性能的比较，可知染料分子的长激发态寿命对器件整体光伏性能起到重要的作用，提出设计长寿命激发态染料应是未来开发设计新型染料的一个重要方向。 (2)选择了共同发光核为THPDNP、共同电子给体为乙炔基苯并噻二唑-苯甲酸EBTBA、末端连接不同二芳胺（DPA和DBPA）的两种新型全有机染料R1和R2，系统的研究了它们的超快发光动力学，并考察了末端二芳胺DPA和DBPA对染料激发态动力学的影响。通过系统研究THPDNP、DPA-THPDNP、DBPA-THPDNP、R1和R2在甲苯溶液中的理论计算、稳态光谱以及激发态动力学，考察了末端二芳胺基团对能级、能隙、激发态动力学等的影响。并结合钴基Co-bpy电解质，深入研究了R1和R2染料分子吸附在氧化铝及二氧化钛薄膜表面的激发态动力学以及电子注入过程。甲苯溶液中和氧化物薄膜上表现出来的动态斯托克斯位移现象，表明了非平衡激发态分子内的多步弛豫过程，主要来源于激发态和基态偶极的不同，激发态偶极包含电子转移的性质，并且电子转移过程不发光。非平衡激发态的电子注入产率低于平衡激发态的，是由于超快的分子内以及分子间激发态弛豫过程和电子注入过程之间的竞争作用造成的。观察到电子注入时间常数变化超过了一个数量级，提出了未来设计染料分子需得到注意的问题，即控制激发态能量弛豫导致的能量损失。R2染料分子所制备电池器件最终获得了最高10.2％的光伏转换效率，光电压为948 mV，相比于R1提升了81 mV，得益于其担载在作为光阳极材料的TiO2薄膜表面的长激发态寿命，由于末端二芳胺基团DBPA的引入，R2展现出更佳的给电子能力，得益于拥有更大分子尺寸的DBPA更为有效的抑制了染料分子与电解质间的界面电荷复合过程。 (3)对三种不同形貌的TiO2材料的进行了系统的研究，一维结构的纳米粒子、二维结构的纳米棒以及三维结构的纳米分支结构。制备了一种新型TiO2纳米分支结构，并对其进行了扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱以及XRD形貌以及结构分析，证明所制备的TiO2纳米分支具有锐钛矿/金红石表面异相结结构。由此新型TiO2纳米分支结构作为光阳极，结合染料C218，所制备的染料敏化太阳电池得到了6.5％的光伏转换效率，优于同等条件下用纳米粒子与纳米棒所制备的电池器件的光伏性能。分析了TiO2分支结构纳米阵列作为光阳极材料改善了染料敏化太阳电池的整体光伏性能的原因，锐钛矿相分支的引入改善了电子传输性能，所形成的锐钛矿/金红石相表面异相结结构有效抑制了电子的复合过程。锐钛矿/金红石相表面异相形成了能量势垒，有效阻止了光阳极中电子的逆向运动过程进而增大了电子的寿命，从而有效抑制了电子的复合。