染料敏化太陽能電池主要由表面吸附了染料敏化劑的半導(dǎo)體電極、電解質(zhì)、Pt 對電極組成，其

　　結(jié)構(gòu)如圖1-1。

　　圖1-1 染料敏化太陽能電池結(jié)構(gòu)圖

　　當(dāng)有入射光時，染料敏化劑首先被激發(fā)，處于激發(fā)態(tài)的染料敏化劑將電子注入半導(dǎo)體的導(dǎo)帶。

　　氧化態(tài)的染料敏化劑被中繼電解質(zhì)所還原，中繼分子擴(kuò)散至對電極充電。這樣，開路時兩極產(chǎn)生光

　　電勢，經(jīng)負(fù)載閉路則在外電路產(chǎn)生相應(yīng)的光電流（圖1-2）。

　　圖1-2 染料敏化太陽能電池工作原理圖

　　通過超快光譜實(shí)驗(yàn)可得出染料敏化太陽能電池各個反應(yīng)步驟速率常數(shù)的數(shù)量級［12］：

　　① 染料（S）受光激發(fā)由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)（S*）：

　　S + hυ → S*

　　② 激發(fā)態(tài)染料分子將電子注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中：

　　S* → S+ + e-（CB）， kinj = 1010~1012s-1

　　③ I-離子還原氧化態(tài)染料可以使染料再生：

　　3I- + 2S+ → I3

　　- + 2S， k3 = 108s-1

　　④ 導(dǎo)帶中的電子與氧化態(tài)染料之間的復(fù)合：

　　S+ + e-（CB） → S， kb = 106s-1

　　⑤ 導(dǎo)帶中的電子在納米晶網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)胶蠼佑|面（back contact ，BC）后而流入到外電

　　路中：

　　e-（CB） → e-（BC）， k5 = 103~100s-1

　　⑥ 納米晶膜中傳輸?shù)碾娮优c進(jìn)入TiO2 膜的孔中的I3

　　-離子復(fù)合：

　　I3

　　- + 2e-（CB） → 3I-， J0 = 10-11~10-9A cm-2

　　⑦ I3

　　-離子擴(kuò)散到對電極上得到電子使I-離子再生：

　　I3

　　- + 2e-（CE） → 3I-， J0 = 10-2~10-1A cm-2

　　激發(fā)態(tài)的壽命越長，越有利于電子的注入，而激發(fā)態(tài)的壽命越短，激發(fā)態(tài)分子有可能來不及將

　　電子注入到半導(dǎo)體的導(dǎo)帶中就已經(jīng)通過非輻射衰減而返回到基態(tài)。②、④兩步為決定電子注入效率

　　的關(guān)鍵步驟。電子注入速率常數(shù)（kinj）與逆反應(yīng)速率常數(shù)（kb）之比越大（一般大于三個數(shù)量級），

　　電子復(fù)合的機(jī)會越小，電子注入的效率就越高。I-離子還原氧化態(tài)染料可以使染料再生，從而使染料

　　不斷地將電子注入到二氧化鈦的導(dǎo)帶中。步驟⑥是造成電流損失的一個主要原因，因此電子在納米

　　晶網(wǎng)絡(luò)中的傳輸速度（k5）越大，電子與I3

　　-離子復(fù)合的交換電流密度（J0）越小，電流損失就越小。步驟

　　③生成的I3

　　-離子擴(kuò)散到對電極上得到電子變成離子I-（步驟⑦），從而使I-離子再生并完成電流循環(huán)。