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有机染料是染料敏化太阳电池(DSC)的核心元件，承担着吸收光子及其受激发之后将电子注入到二氧化钛纳米晶薄膜中的重要职责。DSC能量转换效率(PCE)每一次突破性进展的取得都离不开新材料的开发。目前，多联吡啶钌配合物类染料、锌卟啉类染料和N-环化的苝类染料(NP)是DSC领域最为高效的材料系统。但是，联吡啶钌配合物类染料因其有限的资源和重金属毒性;锌卟啉类染料因其较低的收率和原材料的高毒性，如使用硫光气(CSCl2)和二氯二氰基苯醌(DDQ)等剧毒试剂;NP类染料因NP是从1位取代的硝基苝合成而来，而合成一位取代的硝基苝的收率只有30％，另外此类染料的光热稳定性有待验证;上述因素限制了这些染料在实际生产中的应用。为此，本论文的主要研究重点是探索和开发高效、稳定且价格低廉的新概念材料，以推动DSC的产业化进程。本论文主要的研究内容如下: (1)通过理论计算和实验测试详细地研究了扭转电子骨架和刚性平面电子骨架对染料的能级、能隙、光吸收、光致发光和器件光伏性能的不同影响。研究结果表明，设计其他新型多环杂芳烃(PHA)的电子给体基团是未来开发染料的关键。筛选出蒽作为构建DSC染料的核心单元设计合成新型光敏染料。 (2)构建了以九环芳烃化合物—9，19-二氢化的萘并[3，2，1-de:3，2，1-op]五苯(二萘并五苯，DNP)作为主要供电子基团，并在侧边修饰四条己基苯基团以达到助溶和减少强的分子间π-π聚集，进一步在分子末端修饰辅助给体二芳胺来拓宽对光谱的影响范围，最后连接锚定基团三键苯并噻二唑苯甲酸得到一种有机染料R1，应用于DSC器件获得了9.5％的能量转换效率，获得当时蒽基染料的最高效率，为进一步进行蒽基染料的分子设计工程、获得更好的光伏性能奠定了基础。 (3)在DNP电子给体核心设计策略的基础上引入了杂原子硫，我们设计并合成了PHA型4H,4H-2，2-并苯并[1，10]菲并[4，3-b]噻吩(2BPT)核心。理论计算表明，硫原子的引入显著提升了2BPT的HOMO能级并降低了LUMO能级，从而实现了能隙收缩，提高染料分子对近红外光的吸收利用。进一步以2BPT作为主要供电子基团合成了有机染料R4。相比以DNP为主要供电子基团的染料R1，R4的最大吸收峰明显红移，摩尔吸收系数也显著提高，最终在AM1.5G(100mWcm-2)模拟太阳光辐照条件下，获得了11.1％的能量转换效率，刷新了蒽基染料的最高能量转换效率。 (4)在2BPT的基础上，创新设计了结构更为刚性平面的电子给体核-9，19-二氢化的苯并[1，10]菲并[3，4∶4，5]噻吩[3，2-b]苯并[1，10]菲并[3，4-d]噻吩(BPT2)，从而避免了2BPT中噻吩与噻吩之间碳碳单键的转动。进一步，我们以多环杂芳烃化合物—BPT2为主要发色核，在分子末端修饰辅助给体二芳胺，最后连接锚定基团三键苯并噻二唑苯甲酸合成一种新型蓝色有机染料R6，接枝R6的二氧化钛纳米晶薄膜结合联吡啶钴基电解质制成的真实器件展现出漂亮的蓝色，应用于DSC器件获得了12.6％的PCE。并且，以R6制备成的DSC在60℃持续光照1000h后，其PCE还能保持起始PCE的90％，表现出了优异的光热稳定性。在60℃全光照条件下，首次实现了基于钴基电解质器件的稳定性。 (5)我们运用蓝色染料R6结合一种黄色离子液体电解质制备了一种绿色半透明DSC，同时制备了基于明星绿色染料YD2和YD2-o-C8的半透明DSC，对比测试了器件的光伏性能及其高温稳定性。基于YD2和YD2-o-C8的器件获得了～6.0％的PCE，在80℃条件加速老化1000h后，器件的效率只有起始效率的～35％。基于蓝色染料R6的绿色半透明DSC在AM1.5G模拟太阳光辐照下(100mW cm-2)获得了8.1％的PCE，获得了目前基于离子液体半透明电池的最高PCE，并且在80℃高热高压老化1000小时后还能保持起始效率的86％，展示出优异的稳定性。利用紫外可见吸收光谱、瞬态光电压衰减、电荷提取、飞秒荧光上转换等表征手段，来理解不同染料器件的光伏性能及稳定性差异。