不断增长的全球能源消耗再加上严重的环境问题,正在敦促人类去寻求与开发能够推动整个社会可持续发展的清洁可再生能源。相比于传统的化石能源,太阳能是一种清洁环保、取之不尽、用之不竭的可再生能源。直接将太阳能转化为电能是对太阳能开发与利用最为可行和最具潜力的技术途径。染料敏化太阳能电池作为新一代的光伏器件,具备制造成本低、工艺过程简单和环境友好等优势,已引起了广泛的关注。光敏化剂是其最为核心的组成部分,它吸收光能并将电子注入到半导体的导带之中,引发电子转移反应。目前,此类电池中光电转换效率最高的光敏化剂是联吡啶钌配合物与卟啉锌染料。卟啉是一类极具开发潜力的仿生敏化剂,由于其在400-450 nm处有着强烈的Soret带吸收,在550-600 nm处有着中等强度的Q带吸收,同时其刚性的分子结构上的众多反应位点可用于染料分子的设计与合成。为了理解卟啉染料的优良性能与结构的关系,我们设计制备了四个系列的卟啉锌染料,对他们的性能及其光伏器件进行了研究:第一章:关于可再生能源、太阳能、太阳能电池、染料敏化太阳能电池以及光敏化剂的发展概况。第二章:对称型卟啉锌染料分子的设计与合成及其光伏性能研究。卟啉锌染料分子设计合成,通过一个简单的偶联反应将水杨酸与偶氮引入卟啉结构当中,分别作为锚定基团与π-共轭桥连结构。通过光物理、光伏以及电化学方法对具有新结构的染料分子进行了相关性能的测试与研究。研究结果表明,新型染料分子的光电转换性能相比于其他对称染料分子得到了一定的提升。偶氮基团可以作为桥连结构应用在卟啉锌染料敏化剂当中,同时在水杨酸结构与二氧化钛纳米粒子之间的三齿锚定模式可以提高界面间电子注入效率。第三章:非对称型偶氮卟啉锌染料分子的设计与合成及其光伏性能研究。我们设计与合成了一系列偶氮卟啉锌染料,其中氮氮双键所构成的偶氮基团作为π-共轭桥连结构被构筑在卟啉染料的meso位。通过对染料分子的光学性能、光电转换性能以及密度泛函理论计算研究,来探讨偶氮作为π-共轭桥连结构的对其光伏器件性能的影响。第四章:卟啉锌染料中三齿锚定基团对光伏器件性能的影响。以乙炔基水杨酸作为电子传输与锚定基团的卟啉锌染料分子被设计与合成,并对这些敏化剂的光学性能、光伏性能以及电化学性能进行了研究与探讨。研究结果发现,水杨酸作三齿锚定基团的染料分子,其光电转换效率优于羧酸作二齿锚定基团的染料分子。密度泛函理论计算与电化学阻抗谱的研究,证明了水杨酸的三齿锚定模式在染料分子与二氧化钛表面上,对于界面间电子注入与收集的量子效率有提升作用。第五章:端基修饰对卟啉锌染料分子性能的影响。通过对卟啉锌染料meso位苯环的取代基修饰来改善分子结构,我们设计与合成了两种以偶氮卟啉锌作为基本结构的新型染料,将两个叔丁基或者两个辛氧基基团引入到meso位苯环的间位或者邻位。将染料应用于敏化电池中,对电池光伏性能以及界面电荷转移性能的研究,来探讨染料分子设计合成及其结构与性能之间的关系。