染料敏化太阳能电池是公认的新一代光电电池,由于其制作简单,成本低廉,用途广泛而吸引了全球许多研究学者的广泛关注。研究已经表明染料敏化剂的性质对提高电池的光电转换效率有重要影响。目前通过对卟啉染料敏化剂分子结构的修饰,其染料敏化太阳能电池的光电转换效率达到13%。但是卟啉类染料敏化剂的光吸收范围与太阳光光谱的匹配程度仍然有很大的提升空间,因此,为了进一步提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率,拓宽卟啉类染料敏化剂的光吸收范围并增强其光吸收强度显得很有必要。自由基卟啉与氮咔唑卟啉染料敏化剂耦合,可使得光谱获范围拓宽到900nm。因此,考虑到自由基卟啉对电子结构及相关性质的影响,本文在已有的染料敏化剂分子DTBC的基础上,通过改变自由基卟啉的数目,进一步从理论上研究了自由基卟啉对电子结构和相关性质的影响。计算结果表明,随着自由基卟啉单体数目的增加,提高了最高占据轨道,降低了最低未占据轨道,相应的红移了吸收带,增强了光吸收强度。自由能的改变表明,随着自由基卟啉单体数目的增加,有利于更快的电子注入。跃迁性质和电子轨道特征表明,不同的跃迁性质可能导致不同的跃迁机制。就其电子结构、光吸收谱、光捕获能力以及自由能的改变来说,设计的染料敏化剂分子DTBC-TP有望成为染料敏化太阳能电池中的高效染料敏化剂分子。本文比较的研究了卟啉染料敏化剂SM315,SM371和YD2-o-C8的电子结构及激发态的相关性质。几何结构参数表明插入BTD基团,延长了共轭桥长度。态密度的数据表明SM371的给体比YD2-o-C8的给体引入了更多的电子,BTD充当的是受体。光吸收性质说明插入BTD基团拓宽了光吸收范围。电荷转移数据表明用己氧基联苯胺替代YD2-o-C8的给体,并插入BTD基团有效地提高了这些染料敏化剂激发态的电荷转移特性。电子注入和染料再生自由能的变化表明SM315,SM371,YD2-o-C8都有足够大的电子注入和染料再生速率。研究已表明H₂（TAnP）和H₂（TAzP）是全色的染料敏化剂分子,并且H₂（TAnP）和H₂（TAzP）的光吸收性质受不同位置的替代的影响。本文以H₂（TAnP）和H₂（TAz P）作为π共轭桥,给体和受体部分与YD2-o-C8相同,设计为D-π-A结构,基于密度泛函理论（DFT）和含时密度泛函理论（TDDFT）计算了电子结构和光吸收等相关性质。计算结果表明H₂（TAnP）和H₂（TAzP）设计为D-π-A结构后,减小了HOMO-LUMO能隙,红移了光吸收谱,有足够大的电子注入和染料再生自由能的改变来确保电子的快速注入和染料的染料的再生。设计的染料敏化剂,特别是H₂（TAnP）-α和H₂（TAzP）-γ运用于染料敏化太阳能电池或许会进一步突破染料敏化太阳能电池效率的记录。