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體電極、電解質、Pt 對電極組成，其

　　結構如圖1-1。

　　圖1-1 染料敏化太陽能電池結構圖

　　當有入射光時，染料敏化劑首先被激發，處于激發態的染料敏化劑將電子注入半導體的導帶。

　　氧化態的染料敏化劑被中繼電解質所還原，中繼分子擴散至對電極充電。這樣，開路時兩極產生光

　　電勢，經負載閉路則在外電路產生相應的光電流（圖1-2）。

　　圖1-2 染料敏化太陽能電池工作原理圖

　　通過超快光譜實驗可得出染料敏化太陽能電池各個反應步驟速率常數的數量級［12］：

　　① 染料（S）受光激發由基態躍遷到激發態（S*）：

　　S + hυ → S*

　　② 激發態染料分子將電子注入到半導體的導帶中：

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

　　③ I-離子還原氧化態染料可以使染料再生：

　　3I- + 2S+ → I3

　　- + 2S， k3 = 108s-1

　　④ 導帶中的電子與氧化態染料之間的復合：

　　S+ + e-（CB） → S， kb = 106s-1

　　⑤ 導帶中的電子在納米晶網絡中傳輸到后接觸面（back contact ，BC）后而流入到外電

　　路中：

　　e-（CB） → e-（BC）， k5 = 103~100s-1

　　⑥ 納米晶膜中傳輸的電子與進入TiO2 膜的孔中的I3

　　-離子復合：

　　I3

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

　　⑦ I3

　　-離子擴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

　　激發態的壽命越長，越有利于電子的注入，而激發態的壽命越短，激發態分子有可能來不及將

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

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

　　電子復合的機會越小，電子注入的效率就越高。I-離子還原氧化態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

　　晶網絡中的傳輸速度（k5）越大，電子與I3

　　-離子復合的交換電流密度（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。