有机染料敏化太阳电池，具有成本低、不受资源限制等优势，并可通过对染料分子结构的灵活剪裁来调整器件光电子行为，因此获得了科学界及产业界的广泛关注。本论文以有机染料敏化太阳电池为研究对象，利用光物理和电子学表征手段对器件中二氧化钛/染料/电解质界面的物理过程进行了较系统的研究。通过调整染料分子结构、改变电解质组分和添加共吸附剂等方法，研究了与器件性能紧密关联的异质结界面电子态和电荷转移动力学规律，主要结论如下：　　 1．研究了含有呋喃、联呋喃、噻吩、联噻吩、硒吩或联硒吩六种杂环共轭单元的给受体有机染料。实验发现在使用电负性更弱的杂原子或延长共轭单元增强器件光电流的同时，伴随着光电压的降低。通过测试不同温度的电阻抗谱并对其进行数学模拟，澄清了染料结构相关的外量子效率降低与电子收集无关，从而推断其起因为激子解离效率。首次发现含呋喃和硒吩结构单元的染料在敏化太阳电池中具有良好的光化学稳定性，拓宽了今后光电材料设计中结构单元选择的范围。　　 2．结合光物理和电子学测试，研究了四种低聚噻吩染料敏化太阳电池的热力学和动力学特征，及其对光伏性能的影响。实验表明超快的激子解离和有效的染料再生确保了电池中净电荷分离效率接近100％，几乎没有受到共轭单元长度变化的影响。通过电阻抗谱的模拟分析揭示了二氧化钛电子与电解质中碘三离子的复合主要受反应级数控制。增加染料共轭长度不仅增大了复合反应级数，显著加快了界面电荷复合，而且降低了二氧化钛导带边，导致开路电压随噻吩单元增加而逐渐降低。　　 3．通过光物理和电子学分析，研究了共吸附剂鹅脱氧胆酸(CHENO)对染料敏化太阳电池界面电荷转移、电子输运以及表面态的影响。共吸附剂CHENO的加入提高了器件的光电流、光电压和填充因子，显著的提高了光电转换效率。瞬态光谱和光电流作用谱研究表明光电流的增强是电子注入、染料阳离子被碘离子再生和电荷收集效率提高的共同结果。通过电阻抗分析，我们发现共吸附剂CHENO不仅使二氧化钛导带边上移，同时抑制了电子与碘三离子的界面复合，从而提高了开路电压。共吸附剂对电子与碘三离子的复合速率常数和反应级数产生了相反的影响，而复合速率最终由速率常数决定。通过对电流-电压曲线进行理论分析发现加入共吸附剂显著降低了器件的反向饱和电流，这是填充因子升高的主要原因。　　 4．瞬态光电测试揭示出，染料分子与电解质组分在二氧化钛纳晶表面的可控协同组装能够减少纳米结构半导体薄膜的表面态，并抑制二氧化钛中电子与电解质中碘三离子的复合。器件研究表明，使用双己基取代的噻吩并环芴二烯替代当前普遍使用的二联噻吩作为结构单元，在未来给受体染料的设计中具有显著的优点。结合无溶剂离子液电解质，我们制作了光电转换效率超过8%的有机染料敏化太阳电池，在光热双重压力加速老化实验中显示出极好的稳定性。　　 5．研究了电解质中锂离子和二甲基咪唑阳离子对有机染料敏化太阳电池的光物理和电子学特性的影响。发现锂离子的存在会引起有机给受体染料在介孔薄膜上的吸收光谱发生明显的红移，提高了对太阳光谱的响应，并且更利于电子注入和电荷收集，显著的增强了电池的短路电流。研究表明锂离子可能与碘离子形成双电层，增加了电子遂穿距离，有效的抑制了电子与碘三离子的界面电荷复合。然而，锂离子诱导了二氧化钛导带边的大幅度下移，显著的降低了开路电压以及功率转化效率。