中文摘要：

在染料敏化太阳能电池（DSSCs）中，染料分子/TiO2作用界面的微观结构和电子性质非常重要，从染料分子到半导体表面的光诱导电子传递过程是决定DSSCs光电转换率的关键步骤。因此理论上深入研究染料/TiO2体系的微观结构和电子传递特性，对DSSCs的优化有重要指导意义。但是受计算方法和条件的限制，目前对有机染料/TiO2界面的微观结构和电子传递机理的理论研究还不够完善。本课题拟应用Marcus电子传递理论，结合密度泛函紧束缚（DFTB）和密度泛函理论（DFT），在高计算水平上模拟有机染料分子/TiO2界面的微观结构、光激发过程和电子传递机理。研究TiO2表面有机染料分子聚集体的聚集机理。探讨染料吸附模式、TiO2晶面和染料聚集体对染料/TiO2界面电子传递过程和DSSCs光电转换效率的影响。本项目将揭示有机染料分子/TiO2界面的电子传递基本规律，为DSSCs的优化提供重要的理论参考信息。

结论摘要：

在染料敏化太阳能电池（DSSCs）中，染料分子/TiO2作用界面的微观结构和电子性质非常重要，从染料分子到半导体表面的光诱导电子传递过程是决定DSSCs光电转换率的关键步骤。因此理论上深入研究染料/TiO2体系的微观结构和电子传递特性，对DSSCs的优化有重要指导意义。但是受计算方法和条件的限制，目前对有机染料/TiO2界面的微观结构和电子传递机理的理论研究还不够完善。本课题提出并验证了研究有机染料分子/TiO2界面的有效计算方案应用密度泛函紧束缚理论（DFTB）优化染料分子/TiO2界面的最优几何结构，然后使用传统密度泛函(DFT)和含时DFT(TDDFT)研究体系的电子和光学特性。应用该研究方案和Marcus电子传递理论，本课题在高计算水平上研究了不同有机染料分子/锐钛矿TiO2作用体系的微观结构、光激发过程和电子传递机理，并计算了电子由染料分子激发态跃迁到TiO2 导带的注入时间。研究了TiO2表面有机染料分子聚集体的聚集机理及其对染料/TiO2界面光学性质和电子传递的影响。本项目从理论上揭示了有机染料分子/TiO2界面的电子传递基本规律，设计了一系列新颖高效的有机染料分子，为DSSCs的进一步优化提供了重要的理论参考信息。