煤、石油、天然气等传统化石能源的过度开发与利用,使人类社会出现了能源枯竭、环境污染、全球变暖等诸多严峻的社会问题。因此,大力发展新型可再生资源对实现可持续发展具有重要意义,其中太阳能因其储量丰富且易于实现产业化和商业化而得到了广泛的应用。染料敏化太阳能电池（DSSCs）作为一种极具潜力的新型光电转化装置,自出现以来便受到了广泛的关注。而染料敏化剂作为DSSCs光电转化的关键材料,在DSSCs研究工作中占据极大份额。本论文以寻找贵金属染料敏化剂替代品为出发点,借鉴相关的实验研究结果,利用密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TD-DFT）,依据多种设计理念设计了一系列Zn-porphyrin和纯有机染料敏化剂,并对其光电转化及电子传输微观机理进行了系统性研究。本论文的研究结果,不仅筛选出了一系列高性能的Zn-porphyrin和纯有机染料敏化剂,还探明了染料敏化剂的分子结构及组分与其光电转化及电子传输特性之间的联系,从而为实验合成提供设计思路及理论依据。基于染料CM-b的分子结构,通过引入缺电子基团作为辅助受体设计了一系列D-A-π-A型Zn-porphyrin染料敏化剂,并分别从辅助受体类型、辅助受体在染料分子中的位置以及辅助受体的纵向共轭长度三个方面考察研究了辅助受体对Zn-porphyrin染料敏化剂性能的影响。研究结果表明:在近锚定基团位置引入缺电子基团作为辅助受体能够有效改善Zn-porphyrin染料敏化剂的整体性能,包括有效调节能级、提升光吸收与捕获性能、优化轨道电子分布、加快分子内电荷转移速率等,其中以采用苯并噻二唑（BTD）和噻吩并[3,4-b]吡嗪（TPZ）基团作为辅助受体的改善效果最佳。但是辅助受体的得电子能力不宜过强,否则会损害Zn-porphyrin染料敏化剂的性能,包括影响轨道电子有效分离、抑制电荷分离和IET反应过程等。此外,近供体基团位置不适合引入辅助受体,这会减弱Zn-porphyrin染料敏化剂的光捕获能力、分子内电荷转移（IET）性能等,从而对其整体性能造成不利影响。基于纯有机染料敏化剂SGT-136的分子结构,对其杂共轭原子环π桥进行适当修饰,设计了一系列SGT类纯有机染料敏化剂,并通过理论计算研究了其在四氢呋喃（THF）溶液中的分子内部光电特性及其吸附在半导体表面的整体电子特性。研究结果表明:随着杂共轭原子环π桥中的五元环噻吩数量增多,染料表现出更好的光电性能,包括适宜的电子结构、优异的光吸收与光捕获性能、更快的IET转移速率等,其中以π桥由三个五元环共轭组成的染料I-1表现最佳。近供体基团的杂共轭原子环π桥不应具有过强的得电子能力,否则会对电子形成较强的牵制力,从而阻滞染料的IET反应,抑制染料电荷分离态的形成,进而危害染料向半导体的有效电子注入。此外,非共面的杂共轭原子环π桥会使染料分子骨架产生扭曲,从而严重不利影响其整体性能,特别其是会抑制其IET反应;此外杂共轭原子环π桥的桥位原子使用Si原子对其性能也较为不利。基于骨架修饰的设计理念,参考染料QX02的分子结构,设计了一系列A-π-D-π-A型吲哚类纯有机染料敏化剂,并对其在THF溶液中的基态和激发态性质进行了理论研究,通过对比D-π-A型染料考察此骨架类型的可行性及优越性,研究结果表明:相比于D-π-A型,A-π-D-π-A型骨架结构的吲哚类纯有机染料敏化剂又有更优的整体性能,包括能级结构、光吸收与捕获性能、轨道电子分布情况、电子跃迁轨道相对贡献以及IET性能等;轴对称的A-π-D-π-A型骨架结构能够为染料提供平面性和线性更好的结构,从而其整体性能比中心对称型A-π-D-π-A纯有染料敏化剂更佳;π桥的缺电子性能的增强能够提升A-π-D-π-A型纯有机染料敏化剂的性能,其中以结构中含有辅助受体BTD基团的染料1-6表现出最优的整体性能。