染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cell,DSSC）是新时期可高效捕获太阳能的光敏器件,由于其较高的光电转换效率、良好的热稳定性、低廉的制作成本及简单的制备方案在大范围的商业化生产中显现出巨大优势,从而被广泛应用于航天、军事、通讯等领域。DSSC由透明的导电光学玻璃、半导体阳极、染料敏化剂、电解质和对电极五部分组成。而其中的染料敏化剂能有效的捕获太阳光、收集光子、分离激子、产生注入到半导体中的电子,该过程对DSSC装置的光电转换效率起着至关重要的作用。因此,对高性能染料敏化剂的设计及改良方案的探究是提升DSSC光电转换效率的关键所在。本论文基于密度泛函理论,对如何构建高性能金属钌染料和一系列有机染料的方案进行了深入的理论研究,结合相关工作结果给出了具体的构建方案。其中,除了探究染料敏化剂的单体特性,还借助对态密度、电荷密度差分及电子注入时间尺度的分析,深入探究染料与半导体复合体系界面间的相互作用,全面分析了染料敏化剂的应用潜能。希望以此为今后DSSC的发展提供强而有力的理论支撑。本论文的第一章为前言,概述了太阳能电池及其第三代主要代表染料敏化太阳能电池的发展史,介绍了染料敏化太阳能电池的基本构成部件和工作原理,阐述了现有的设计和合成高性能敏化剂的方案,并阐述本论文的研究意义。第二章为对本论文运用的理论计算方法的说明,主要包括量子力学的基础理论和现代量子化学处理问题的主要计算方法;此外我们就此对研究工作开展过程中所有的计算细节进行了全面介绍。这些内容包含对几何结构、电子结构、分子电子输运性能、光的捕获及利用、染料与电解液分子间的相互作用和染料-二氧化钛复合体系诸多方面分析过程的介绍及相应结果的分析说明。在DSSC的理论研究中,科研工作者借助这些测试技术及评估方案,通过对敏化剂性质的计算,便能够深入地了解和揭示敏化剂构型本质上的差异是如何影响DSSC的性能,希望该章的工作总结,可以为后续工作的开展提供有力的技术支持。第三章和第四章则是对构建高性能敏化剂方案的具体内容研究的介绍说明。相关研究内容的介绍如下:1.在第三章中,我们选取有代表性且参考数据较为丰富的钌金属染料作为母体构型,应用密度泛函理论和含时密度泛函理论方法探究了染料分子与半导体间的界面结构对DSSC性能的影响。该工作是基于本课题组之前的一项工作进行开展的,除了探究染料单体的分子结构、电子结构及吸收性质外,该工作还对溶液的酸碱性及染料与二氧化钛复合体的结构对DSSC带来的影响进行了详细的分析计算。该工作的一个亮点,即我们在理论计算工作中,首次提出了一种计算最大短路电流的方法。计算中,我们围绕光通量（φ（λ））这一物理量,对其表达式做了系列推导过程,最后得到了最大光生电流与φ（λ）的关系式。因为单位时间单位面积下通过导体横截面积的电量等于最大短路电流(max J_sc^max),所以,借助这种方法,定量的衡量出DSSC的短路电流大小。该工作的结果表明,碱性的溶液环境有利于提升DSSC的效率。此外,该工作证实,微调染料与半导体间的界面结构会对DSSC的性能带来很大的影响。2.有了前期工作的铺垫,我们顺理成章的将分析方法、分析手段应用在其他类型的敏化剂中,除了验证我们分析方法的合理性之外,更希望对探究高性能敏化剂构建方案这一关键问题上得到了全面且具有普适性的一些结论。在DSSC中,有机染料敏化剂由于具有较高的吸光系数、良好的光化学物理特性、价格低廉且不受资源限制等优点而被广泛的研究和运用。从结构上分析,性能较优的有机染料一般都由电子给体（D）、π共轭桥和电子受体（A）三部分组成,呈现出典型的推拉结构特征,这种构型有利于分子内的电子能够有效从电子给体部分转移到电子受体部分,还可以促进激发的电子能够快速的注入到半导体中。三部分片段各司其职,对敏化剂性能的调控起着独立而积极的作用。其中,电子给体部分对染料的吸收光谱和分子能级具有很好的调节作用,π共轭桥部分对敏化剂的吸光范围和分子内电子传输过程起着重要作用,而电子受体部分对分子内的电子注入过程至关重要。因此,对于三部分的独立修饰,可为我们更好的探究染料敏化剂的结构与光电转换性能之间的依赖关系提供有利的衡量标准。以进一步提升染料敏化剂的光电转换效率为目的,在第四章中,我们从理论角度出发,通过对三个小工作的探究与总结,全面的介绍了如何构建高性能有机敏化剂及在构建过程中需要注意的问题。希望我们的分析总结工作能为更好地构建有机敏化剂提供理论上的指导依据。第五章则是对本论文的研究成果总结和展望。其中包括对现阶段所取得研究成果的总结及在投工作的简明介绍,另外还包括对未来工作的发展规划。