染料敏化太阳能电池（DSSCs）的电子注入能量损失是限制其光伏性能提高的根本问题之一,光敏染料主导着光子的吸收和电子的转移,是DSSCs的核心部分。因此,设计开发高效、高电子注入效率的光敏染料对于提升电池器件的光伏性能和加快产业化进程有重要意义。鉴于此,设计开发了一系列吲哚并咔唑类有机光敏染料,系统地研究了染料的光电物理及电荷传输等性质对器件光伏性能的影响。首先,以二聚咔唑为供电子体,Z型氰基丙烯酸（CA）或刚性4-乙炔基苯甲酸（EBA）为吸电子体,设计合成了宽光谱响应的光敏染料ZL002、ZL004和ZL006。研究发现,基于ZL002和ZL004敏化的器件展现了更高的单色光电转换效率（IPCE）;加之ZL004在TiO2膜上更多的染料负载量与紫外-可见吸收光谱红移之间的叠加效应,ZL004获得更高的光电流密度（Jsc）;电化学阻抗（EIS）分析表明ZL004能有效抑制器件界面间的电子复合,获得了更高的开路电压（Voc）。最终,基于ZL004敏化的器件获得较高11.6%的光电转换效率。为了探究刚性单键和柔性Z型双键两种不同连接方式对器件光伏性能的影响,设计合成了两种不同连接基团的新型三聚咔唑（TAT）类光敏染料ZL001和ZL003。电子传输动力学研究表明,刚性单键连接的ZL003具有更快的电子注入过程和更小的振动弛豫能量损失,特别是在局部激发态“热”注入过程中,超快衰减更加明显,TiO2的电子密度更高。因而,基于ZL003敏化的器件获得了更高的Jsc和Voc。EIS及紫外光电子能谱（UPS）分析再次证明了 ZL003能有效抑制器件界面间的电子复合,其敏化的TiO2膜具有更高的费米能级,获得了更高的Voc。基于ZL003敏化的器件表现出13.6%的光电转换效率,第三方认证效率为12.4%,均为迄今为止单染料敏化DSSCs的最高记录。研究了不同受体基团“刚性EBA”和“Z型CA”的TAT类光敏染料在电子注入效率和光捕获效率的差异。电子传输动力学和光捕获能力研究表明,与Z型CA受体的ZL005相比,刚性EBA受体的ZL003具有更高的电子注入效率和光捕获效率,获得了更高的Jsc。最终,基于ZL003敏化的器件获得了 13.4%的光电转换效率,ZL005仅获得7.2%的效率。成功地将TAT类光敏染料ZL001和ZL003应用于固态DSSCs中。研究发现,基于ZL003敏化的固态器件在TiO2表面的染料吸附量更多,具有更长的电子寿命和更高的再生效率。空穴传输材料对电子反向注入的抑制效果更好,电子复合程度小。基于ZL003敏化的固态器件获得了 6.6%的光电转换效率,这一效率优于参比染料Y123。