染料敏化剂作为染料敏化太阳能电池（Dye-Sensitized Solar Cells,DSSC）的关键部件,扮演着光生电子并将电子注入到半导体的重要角色,对DSSC的光电转换效率（Photoelectric Conversion Efficiency,PCE）有重要的影响。本论文以提升DSSC的PCE为导向,采用“给体（D）-共轭π桥-受体（A）”结构模型,设计了一系列氟硼二吡咯（Boron Dipyrromethene,BODIPY）类敏化剂分子,基于密度泛函理论,对染料分子的几何结构、光学和电化学性能及染料与半导体界面间的相互作用进行了深入研究,并全面分析了染料分子应用于DSSC的潜能。具体研究内容如下:1)鉴于共轭π桥在染料分子中有电荷分配的重要作用以及分子共轭性的加强有助于促进电子的π-π*跃迁,根据BODIPY类分子的合成机理,用不同的五元杂环并吡咯环取代BODIPY结构中的吡咯环,设计了一系列具有不同共轭π桥的染料分子。研究结果表明,用环戊二烯并吡咯、联吡咯、呋喃并吡咯和噻吩并吡咯取代吡咯环,不仅有利于增加分子平面性、缩减带隙,而且有助于提高光捕获能力。基于这一研究结果,模拟了这些染料分子与Ti O₂半导体之间的界面相互作用,并且综合考虑影响DSSC光电转换性能的因素,理论预测了这些染料分子的PCE。与以纯BODIPY作为共轭π桥的染料相比,杂环并吡咯环的引入明显提高了染料分子的PCE,其中引入噻吩并吡咯环后的染料分子其PCE可达23.12%。2)在染料分子中采用双受体基团能有效增强染料分子在半导体表面的吸附稳定性,并且能为电子转移提供多条渠道,减少暗电流的产生,但是由于双受体染料不利于电子注入,限制了其在DSSC领域的应用。在第二部分的研究中,本论文以三苯胺作为电子给体,BODIPY作为共轭π桥,将羧基、氰基丙烯酸及氰基羟肟酸作为电子受体,分别引入到BODIPY的3位或者同时引入到3,5位,形成单或双受体染料分子,系统地对比分析了单双受体以及不同受体基团对染料分子光电性能的影响。研究结果表明,双受体染料分子相比对应的单受体染料分子具有较小的带隙及较宽的光谱响应范围,但是双受体的引入使染料分子LUMO能级下降,导致电子注入能力明显降低。由于共轭π桥在分子中能调节电荷分配,基于第一部分研究,用噻吩并吡咯取代BODIPY结构中的吡咯环来促进分子内电荷转移,结果发现染料分子的电子注入驱动力明显增加。这一结果激起了我们对应用于DSSC的双受体染料的研究兴趣。3)基于第二部分的研究,为了进一步增强双受体染料分子的电子注入驱动力,在给体三苯胺处引入了具有不同供电子性的基团,深入考察了电子给体的给电子性与太阳能电池光电转换性能之间的关系。结果表明,给电子基团的引入使染料分子的HOMO能级明显提升,带隙减小,光捕获能力增强,电子注入驱动力明显改善,且给电子基团的给电子能力越强,染料分子表现出的光电转换性能越好,即光电转换能力越高。特别是引入-N（CH₃）₂后的染料分子,在理论计算条件下,其PCE可达27.27%。该理论研究对DSSC中染料分子的结构设计及各基团的官能化有很好的指导作用,并为实验合成高光电性能的染料敏化剂提供了理论支撑。