染料敏化纳米晶体太阳能电池（Dye-Sensitized Nanocrystalline Photovoltaic Solar Cells）是一种非常有前途的清洁太阳能装置。它具有结构简单，成本低廉，易于制造等优点，对光强度变化和温度变化不敏感，光电转换效率高，光稳定性好，对环境无污染，自1991年问世以来，引起了人们的广泛关注。如何获得更高的光电转换效率，延长整个电池的使用寿命一直是研究的焦点问题。 本文针对该类太阳能电池中存在的电子回传问题，设计合成了在吡啶配体的间位和对位带有不同供电基团的9种铼联吡啶光敏染料，在联吡啶配体上带有两个酪氨酸基团的2种铼联吡啶和2种钌三联吡啶光敏染料。利用循环伏安法，荧光分析法，纳秒激光闪光光解技术对染料的氧化—还原电位，发光强度，激发态寿命，量子产率，时间分辨吸收，瞬态吸收及其衰减动力学等性能进行了研究。 结果表明，在铼联吡啶染料的吡啶配体上引入供电基团，一方面可以增加Re离子上的电子云密度，起到“补充电子”，减少电子回传的作用；另一方面可以降低Re（Ⅱ／Ⅰ）的氧化电位，减小电子回传的驱动力。随着吡啶配体上对位取代基供电能力的增强，H＜CH₃＜OH＜NH₂，染料的发光强度，激发态寿命，量子产率，时间分辨吸收和瞬态吸收强度等逐渐减小。 利用酰胺键将两个酪氨酸基团引入到铼联吡啶和钌三联吡啶光敏染料中，实现了对自然界人工光合作用PSⅡ（Photosystem Ⅱ）中的Tyr_Z和Tyr_D的模拟。在太阳光的照射下，当激发态染料分子将电子注入到纳米TiO₂导带，形成氧化态Re（Ⅱ）或Ru（Ⅲ）后，酪氨酸可以进行分子内的电子传递，补充电子给Re（Ⅱ）或Ru（Ⅲ），使其回落到基态Re（Ⅰ）或Ru（Ⅱ），自身被氧化形成酪氨酸自由基，避免了回传的电子与染料氧化态Re（Ⅱ）或Ru（Ⅲ）的接触；而酪氨酸自由基可从电解液中的氧化—还原电对（I^-／I₃^-）得到电子，完成循环。整个过程有效抑制了电子的回传。联吡啶配体上酪氨酸基团的引入，降低了Re（Ⅱ／Ⅰ）的氧化电位，但对染料的基态和激发态性能影响不大；Ru（Ⅲ／Ⅱ）的氧化电位略有降低，染料的发光强度，激发态寿命，量子产率，时间分辨吸收和瞬态吸收强度等明显增大。 为了寻找可能影响电池使用寿命的因素，本文首次利用电喷雾质谱（ESI-MS），通过改变源内CID（in-source Collision Induced Dissociation）电压，使配体在碰撞诱导解离能量的作用下发生离解，对两类光敏染料中配位键的相对强弱和染料的稳定性进行了探索。研究表明，联吡啶配体比吡啶类配体具有较高的稳定性，铼联吡啶染料中的吡啶类配体离解，钌三联吡啶染料中联吡啶配体环上取代基的中性小分子丢失，是影响染料稳定性及电池使用寿命的重要原因。随着铼联吡啶染料中吡啶配体环上取代基供电能力的增强，H＜CH₃＜OH＜NH₂＜CH₂-PTZ，配体及染料的稳定性提高;由于空间因素的影响，间位取代配体及其染料的稳定性低于相应的对位。