染料敏化太阳能电池由于制备简单,可进行大规模生产,具有较高的光电转换效率等优点,近年来得到了研究人员的广泛关注。常见的光电转换效率较高的光敏染料主要为金属染料,但部分贵金属较为稀缺,成本昂贵且会造成环境污染,同时金属染料合成步骤繁琐提纯较为困难,且摩尔吸光系数较低限制了其应用。非金属有机染料材料来源广泛,成本低廉,合成及提纯方法较为简单且结构可调,同时具有较高的摩尔吸光系数成为备受瞩目的光敏染料。目前针对非金属有机染料的给体和π桥部分的研究较多,而针对受体部分的研究相对较少,大部分染敏电池相关文献报道的分子结构中,受体仅以单一的氰乙酸基团在对位锚定为主,对于锚定基团种类及其取代位置的研究相对较少。因此,本文以供电子性能较好的二苯基吡喃烯为给体材料,以联苯作为π桥,研究了不同结构的染料分子锚定基团种类、数量及位置对敏化剂光物理电化学性能及其在染料敏化太阳能电池器件中电子注入及电荷复合过程的影响。染料的结构不仅决定了其吸光性能,同时影响并推动电子注入到二氧化钛导带中,不合理的分子结构也会造成较大程度的电子复合,因此通过染料敏化剂的结构设计来调节其吸光性能和控制染料敏化太阳能电池中电子传递过程是实现器件效率优化的重要途径。本文第一部分首先是设计合成了单双锚定染料分子W1和W2,对其进行光物理测试后发现,双锚定染料分子W2由于具有较大的扩展π体系,表现出较高的摩尔吸光系数,可以很好地弥补钌基N719染料的吸光性能。同时,通过吸附性能测试发现,双锚定染料分子W2比单锚定染料分子W1具有更好的竞争性吸附能力。因此将其与N719共敏化制备染料敏化太阳能电池器件,通过电流-电压曲线测试结果显示,N719与W2共敏体系由于具有较高的摩尔吸光系数,较宽的光吸收范围,表现出较大的光电流,使N719的光电转换效率由原来的7.77%,提高到了8.20%,通过加入共吸附剂后可将体系的光电转换效率提高为8.49%。为了进一步提高染料的光吸收范围,将吸电子性能较强的3-羧甲基绕丹宁基团引入染料分子中作为受体部分来扩展染料的光吸收范围,记为WRh。结果表明,WRh相对于W2确实拓宽了染料的吸光范围,但由于3-羧甲基绕丹宁基团存在饱和亚甲基,阻断了WRh整个分子的共轭性能,使W2的光电转换效率由原来的4.77%下降为WRh的0.65%。通过第一部分的研究发现,氰乙酸作为锚定基团性能明显好于3-羧甲基绕丹宁基团,因此本文第二部分以氰乙酸基团为受体锚定基团,设计合成了邻间对位锚定的染料分子W-Ortho,W-Meta和W-Para,通过密度泛函理论计算,染料的薄膜与溶液的紫外吸收光谱及循环伏安法测试与差分脉冲伏安法测试,结合制备器件的电流-电压曲线测试,入射光光电转换效率和电化学阻抗谱图表征结果显示,染料分子锚定基团中存在分子内氢键会显著提高染料敏化太阳能电池器件的光电转换效率。在染料分子不形成分子内氢键的情况下,对位锚定染料分子W-Para的光电转换效率为0.40%,相对于PCE分别为0.24%和0.18%的邻间位锚定的染料分子W-Ortho和W-Meta具有较好的分子内电荷转移性能,较好的电子注入能力,较大的抗复合电阻以及较长的电子寿命,进而得到较高的光电转换效率。而当邻位锚定染料分子W-Ortho中吡喃环上的氧与羧基上的氢形成分子内氢键时,分子内氢键作用减弱了锚定基团羧基上氢氧键的作用,使羧基上的氧与TiO₂连接更为牢固,进而促进电子的注入,增大抗复合电阻,从而得到较高的光电转换效率为0.73%。