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光敏染料和电解质作为染料敏化太阳能电池的核心组成部分,对电池的光电转换性能起着决定性的作用。设计开发高效、稳定、廉价的光敏染料和电解质能够有效降低电池成本,进而推进染料敏化太阳能电池的产业化进程。将吡啶鎓离子基团作为电子受体,设计合成了11个非对称半菁染料。研究发现,与普遍采用的电子受体-氰基丙烯酸基团相比,以吡啶鎓离子基团为电子受体构建的光敏染料吸收谱带发生明显红移,对太阳光光谱具有更宽的响应。将此类光敏染料应用于染料敏化太阳能电池中,染料CM104获得了7.0%(Jsc=13.4mA·cm-2,Voc=704mV,FF=74.8%)的光电转换效率；相同条件下参比染料CMR104获得了3.4%(Jsc=6.2mA·cm-2,Voc=730mV,FF=74.8%)的光电转换效率。将吡啶鎓离子基团做为桥基与电子受体氰基丙烯酸基团直接相连,设计合成了3个D-A-A型半菁染料。在吡啶鎓离子基团和氰基丙烯酸基团的共同吸电子作用下,此类光敏染料吸附于TiO2表面仅发生2-6nm的蓝移。将此类光敏染料应用于染料敏化太阳能电池中,以CM203为光敏染料,使用碘/硫多组分杂合电解质制备的电池获得了8.8%(Jsc=15.0mA·cm-2,Voc=820mV,FF=72.5%)的光电转换效率。将三倍司鎓离子基团作为电子受体构建的光敏染料CM301-CM304在可见光区域吸收较强,但吸收光谱较窄。应用于染料敏化太阳能电池中,仅在500-650nm区域对太阳光具有较高转化效率。以CM303为光敏剂的电池获得了5.0%的光电转换效率。选用与CM303光谱互补的纯有机光敏染料CMR103和HY113共同用于制备共敏化太阳能电池,获得了8.2%的光电转换效率。共敏化电池在整个可见光区域(400-700nm)内IPCE值保持在85%以上。将L-半胱氨酸/L-胱氨酸氧化还原电对应用于染料敏化太阳能电池电解质,以N719为光敏染料,获得了7.7%的光电转换效率。此类电解质制备简单、成本低廉、腐蚀性较小,更适用于规模化生产；同时电解质对光的吸收性能较弱,有利于光敏染料对光的吸收转换。以对苯二酚/苯醌为氧化还原电对的多组分杂合电解质近乎无色,有利于光敏染料对太阳光的捕获,将此电对应用于染料敏化太阳能电池中,获得了8.4%(Jsc=17.2mA·cm-2,Voc=750mV,FF=66.3%)的光电转换效率,这一效率优于使用I-/I3-电解质封装的电池。