染料敏化纳米晶太阳能电池的历史发展及研究现状
2024年染料敏化电池市场前景分析
染料敏化电池市场前景分析引言染料敏化电池是一种新型的太阳能电池技术，在可再生能源领域具有巨大的潜力。
该技术利用染料吸收太阳能来产生电能，相较于传统硅基太阳能电池，染料敏化电池具有更低的成本和更高的效率。
本文将对染料敏化电池市场前景进行分析。
1. 市场规模染料敏化电池市场正以每年15%的增长率迅速扩大。
根据市场研究公司的数据，2019年全球染料敏化电池市场规模达到10亿美元。
预计未来几年，市场规模将继续增长，2025年有望达到50亿美元。
2. 市场驱动因素2.1 可再生能源需求增加随着全球对可再生能源需求的不断增加，太阳能电池技术成为关注的焦点。
染料敏化电池作为一种高效的可再生能源解决方案，得到越来越多的关注和应用。
2.2 成本优势相较于传统硅基太阳能电池，染料敏化电池具有更低的成本。
染料敏化电池的制造过程相对简单，使用的材料也较为经济，这使得其在商业化应用中具备成本优势。
3. 市场挑战3.1 效率提升问题染料敏化电池的效率仍然相对较低，目前最高的转换效率约为15%。
与硅基太阳能电池的20%以上的效率相比，染料敏化电池还有较大的提升空间。
提高染料敏化电池的效率是市场发展的关键。
3.2 稳定性和耐久性问题染料敏化电池的稳定性和耐久性还存在问题。
染料敏化电池中的染料和电解质易受到光照和湿度的影响，导致性能下降。
因此，提高染料敏化电池的稳定性和耐久性是市场发展的另一大挑战。
4. 市场前景尽管染料敏化电池目前面临一些挑战，但其市场前景仍然广阔。
4.1 应用拓展染料敏化电池可以广泛应用于户外设备、电动汽车、智能穿戴设备等领域。
随着这些领域的市场不断扩大，染料敏化电池的需求也将进一步增加。
4.2 技术创新随着对染料敏化电池技术的研究不断深入，相信未来染料敏化电池的效率将得到提升，稳定性和耐久性问题也将逐渐得到解决。
这将进一步推动染料敏化电池市场的发展。
结论染料敏化电池市场具有巨大的发展潜力，具备较低的成本和广泛的应用前景。
染料敏化太阳能电池的发展综述
染料敏化太阳能电池的发展综述染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized Solar Cells，DSC）是一种新型的太阳能电池技术，于20世纪90年代初由瑞士杂交电车公司的Grätzel教授首次提出。
与传统的硅太阳能电池相比，DSC具有低成本、高转化效率和简单制备等优势。
其工作原理是通过将染料分子吸附在液态电解质和半导体电极之间的钙钛矿光敏剂上，实现对光的吸收和电子传输。
自问世至今，DSC在材料、结构和工艺等方面进行了不断的改进和创新，取得了巨大的进展。
在DSC的材料研究方面，钙钛矿材料是DSC中最重要的组成部分。
最早的染料敏化太阳能电池使用染料分子作为光敏剂，但其效率有限。
随着钙钛矿材料的问世，DSC的效率得到了显著提升。
最早的钙钛矿光敏剂是染料分子与三角锥晶格结构的二氧化钛表面有机酸形成络合物，后来发展出钙钛矿结构材料，如MAPbX3（MA代表甲胺离子，X代表卤素）和FAPbX3（FA代表氟化铵离子）等。
这些新型钙钛矿光敏剂具有更高的吸光度和更长的电子寿命，大大提升了DSC的光电转化效率。
除了钙钛矿材料的改进，DSC的结构和工艺也得到了不断的优化。
最早的DSC采用的是液态电解质，但其在长期稳定性方面存在问题。
为了克服这一问题，研究人员开发出了固态电解质和无电解质DSC，提高了DSC的长期稳定性。
此外，还有人将DSC与其他太阳能电池技术相结合，如有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池，形成了复合结构，提高了光电转化效率。
随着科技的不断进步，DSC逐渐成为了实际应用的焦点。
许多公司和研究机构投入到DSC的产业化开发和商业化推广中。
目前已经有一些商业化的DSC产品面市，如太阳能充电器、建筑一体化太阳能材料等。
此外，DSC还具有一些独特的应用特点，如透明、可弯曲、柔性等，使其在可穿戴设备、汽车、船舶等领域具有广阔的应用前景。
综上所述，染料敏化太阳能电池的发展经历了多个方面的改进和创新。
在材料、结构和工艺等方面的不断优化，使得DSC的光电转化效率得到了显著提升。
染料敏化太阳能电池行业的发展
染料敏化太阳能电池行业的发展染料敏化太阳能电池是一种新型的太阳能电池，它采用了全新的技术和原理，具有很高的发电效率和实用性。
随着环保意识的提高和新能源的逐渐普及，染料敏化太阳能电池行业的发展前景非常广阔。
本文将从这个角度出发，深入探讨染料敏化太阳能电池的技术原理、应用领域和未来发展方向等问题。
一、技术原理染料敏化太阳能电池是一种类似于传统晶体硅太阳能电池的装置，但它与传统太阳能电池不同的是采用了一种全新的电池材料——染料。
染料敏化太阳能电池的工作原理是利用染料分子吸收太阳能中的光子，将其转化成电子和空穴。
染料分子吸收光子后，电子从染料分子的价带跃迁到染料分子的导带中，同时留下一个具有正电荷的空穴。
在电池的两个电极（正极和负极）之间，这些电子和空穴被分别收集，构成电荷传输路线。
通过连接一定的电路，这些电子和空穴就可以被引导到获得电能的装置中，发挥最终功效。
二、应用领域染料敏化太阳能电池具有很高的发电效率和稳定性，它的应用领域非常广泛。
目前主要应用于以下几个方面：1.户外光伏产品——染料敏化太阳能电池可以制成柔性太阳能板，这种太阳能板可以贴在各种户外设备上，如行车记录仪、充电宝、户外摄像机、自行车等。
在户外野外等没有电源的环境下，可以利用它来为这些装备提供电源，十分便捷。
2.建筑光伏应用——染料敏化太阳能电池可以在建筑的门面、窗户、墙壁、屋顶等处应用，可以减少对建筑外观的破坏，美化建筑外观，同时还可以为建筑提供持续的电力，节省能源成本，使得建筑更加环保。
3.光伏无人机应用——染料敏化太阳能电池的重量轻、成本低，非常适合应用于无人机光伏电池上。
通过利用它提供的太阳能电能，无人机可以飞行更长时间，飞行高度也更高。
同时，它不会对固定翼强制要求的结构大小和重量带来影3.智能家居应用——染料敏化太阳能电池可以应用于各种家用电器、电子设备中，使得这些设备在电网停电或人为故意停电的情况下，仍然可以继续工作。
在智能家居领域，染料敏化太阳能电池的应用前景非常广泛。
染料敏化纳米晶薄膜太阳能电池用染料敏化剂的研究进展
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（ 阳师范学院 ａ化学化工学院； ． 管理处， 信 ． ｂ资产 河南 信阳 ４ ４ ０ ６ ０ ０）
摘
要： 染料 敏化 剂 的性 能 是 影 响 染 料 敏化 太 阳能 电池 光 电转 化 效 率 的 重 要 因 素 ， 于 染 料 敏 化剂 的研 关
究是当前研究的热点之一 。本文简要介 绍了染料敏化剂在染料敏化纳米晶太阳能电池 中的作用 以及各种染 料敏化剂 的优缺点及发展现状 ， 并对其应用前景进行 了展望。
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染料敏化太阳能电池的性能分析与优化研究
染料敏化太阳能电池的性能分析与优化研究随着各种环保能源的发展，太阳能电池成为了人们研究的热点之一。
而其中比较新兴的一种电池则是染料敏化太阳能电池。
染料敏化太阳能电池由吸光染料、电解液和电极三部分构成，这种电池的发明打破了传统晶体硅太阳能电池制造需要昂贵的硅素棒技术，其生产成本也更低，便于普及。
今天，我们就来聊一聊染料敏化太阳能电池的性能分析与优化研究。
一、性能分析1.1 理论上的能量转化效率染料敏化太阳能电池的能量转化效率是表征其性能的重要指标。
而其理论上的能量转化效率理论上可达到44%，比起传统的硅质太阳能电池，这个数值还是相当可观的。
而这个数值的大小并不是由吸光染料的光谱范围来决定的，而是取决于吸光染料的自由能和电子结构，电解液中的电子接受者以及电极材料的选择等因素。
1.2 实际上的能量转化效率然而，在实际应用中，染料敏化太阳能电池的能量转化效率却往往相差甚远。
这是由于光电转化效率、电荷收集效率和电荷注入效率受到多种因素的影响，如对电解质和染料的选择，以及电极材料和电池结构等因素。
因此，想要提高染料敏化太阳能电池的能量转化效率，就需要在这些指标上进行优化。
二、优化研究2.1 对电解质和染料的选择电解质与染料的选择是影响染料敏化太阳能电池性能的重要因素之一。
尤其是电解质，它们不仅需要保证电荷传输，还需要提供较高的离子浓度才能满足要求。
因此，研究者需要对各种电解质进行测试，找到最适合染料敏化太阳能电池的组合。
同样的，染料也需要根据电极材料和电解液的性质进行选择。
一般来说，要选择吸光能力好、电荷转移速率快、还原和氧化能力强的染料。
2.2 提高电荷收集效率提高电荷收集效率，是提高染料敏化太阳能电池能量转化效率的重要途径之一。
为了提高电荷收集效率，研究者们试用了多种提高电子传输能力的方法。
例如，将TiO2纳米结构通过表面修饰等方法，可以大幅提高电子传输效率，从而提高电荷收集效率。
2.3 增强电荷注入效率在染料敏化太阳能电池中，光电流强度和电荷注入效率之间存在明显的关联。
染料敏化太阳能电池的进展研究
染料敏化太阳能电池的进展研究染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized solar cells，DSSCs）是一种第三代太阳能电池技术。
它通过将染料敏化电子传输物质（纳米晶钛酸盐）涂覆在导电玻璃上，再将电解质涂覆在钛酸盐上，形成一个光敏层。
光在光敏层中被吸收，并激发电子，电子通过导电玻璃传输到负载。
染料敏化太阳能电池具有低成本、高效率、透明度高、制备工艺简单等优点，因此受到了广泛关注。
随着对染料敏化太阳能电池的研究深入，研究者们采用不同的方法和材料，不断提高其效率和稳定性。
例如，研究者使用无机半导体材料如TiO2、ZnO等作为电子传输材料，通过控制其晶粒尺寸和结构以提高电子传输效率。
同时，改进染料分子的设计和合成，可以增加染料的光吸收范围和光电转换效率。
在电解质方面，研究者已经替代了常用的有机电解质，如碘/碘离子电解液，使用无机电解质如柠檬酸锂盐电解液，提高了电池的稳定性和长期使用寿命。
此外，染料敏化太阳能电池的反应速度也是关注的焦点之一、使用催化剂如Pt、Ru等可以提高反应速度和光电转换效率。
另一个改进的方向是采用二维材料或金属有机框架（MOF）作为电子传输材料。
例如，石墨烯、二硫化钼等材料具有高导电性和光吸收能力，可以提高电子传输效率和光电转换效率。
MOF具有结构可调性和多孔性，可以通过调整结构和组分来提高电池的稳定性和性能。
此外，染料敏化太阳能电池的透明度也是研究的重点之一、目前，研究者们已经开发出透明的电解质和导电材料，可以用于制备透明的染料敏化太阳能电池，为建筑一体化光伏应用提供了可能。
最后，染料敏化太阳能电池的商业化应用仍面临一些挑战。
首先，其稳定性和寿命需要进一步提高。
其次，生产成本仍然较高，需要降低制造成本来提高竞争力。
最后，其能量转换效率仍然有待提高，以满足实际应用的需求。
综上所述，染料敏化太阳能电池作为一种新型的太阳能电池技术，在效率、成本和特性方面具有优势。
不断的研究和改进使得其效率和稳定性得到了显著提高，为其商业化应用提供了可能。
染料敏化太阳能电池的研究与应用
染料敏化太阳能电池的研究与应用染料敏化太阳能电池，又称为Grätzel电池，是一种新型的太阳能电池，它采用了新型的敏化物质，能够将太阳能转化成电能，并且具有透明、柔性、低成本等优点。
近年来，染料敏化太阳能电池在绿色能源领域受到了广泛关注和研究。
本文将从染料敏化太阳能电池的原理、研究进展和应用前景三个方面进行探讨。
一、染料敏化太阳能电池的原理染料敏化太阳能电池是一种基于光电化学原理的能量转化装置。
它将太阳辐射吸收并转化为电能，使之成为一种更加可用的能源形式。
该电池的基本结构由透明导电玻璃、染料敏化剂、电解质、对电极和光敏电极组成。
其中，染料敏化剂是关键的能量转化介质，其作用是：吸收太阳光，在激发状态下电子跃迁至导电材料上，从而形成电荷的分离和运输。
电解液则提供了离子的传输通道，以维持电荷平衡。
光敏电极和对电极分别接受电荷，建立电势差，形成电流。
并且，由于特殊的电极材料和导电液体，这种电池可以向两个方向输出电流，进而光伏效率得到提高。
二、染料敏化太阳能电池的研究进展染料敏化太阳能电池由于其结构简单、成本低廉、灵活透明等优点受到了广泛关注。
自1972年O'Regan和Grätzel教授首次提出Grätzel电池后，研究者们对它的改进和优化不断进行，目前已经取得了较为丰富的研究成果：1、液态电解质Grätzel电池。
1985年，Tennakone等人利用溶于有机溶剂中的银离子/亚铁氰酸盐作为电解质，制备出稳定的液态Grätzel电池。
分别于对电极和光敏电极上采用铂和钾硝酸，其效率可达到5.2%。
2、固态电解质Grätzel电池。
为了克服液态电解质Grätzel电池中电解液泄漏的问题，研究者们又发展出了固态电解质Grätzel电池。
2000年，Zakeeruddin等人在TiO2纳米晶膜上涂覆了含PbI2等离子体和2,2',7,7'-四-(甲基丙烯酸乙酯)氧合物作为电解质的Grätzel电池，其效率高达7.2%。
染料敏化太阳能电池的研究与发展现状
染料敏化太阳能电池的研究与发展现状染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型的太阳能转换技术，具有低成本、高效率和环保的特点，因此受到了广泛的关注和研究。
在过去的几十年里，DSSC的研究和发展取得了一些重要的进展，但仍然面临着一些挑战和障碍。
本文将对DSSC的研究现状进行综述，并探讨其未来的发展方向和前景。
首先，我们来看一下DSSC的基本原理和结构。
DSSC是一种以染料为光敏剂的太阳能电池，其工作原理类似于光合作用。
其基本结构包括纳米结构的二氧化钛（TiO2）电子传输层、染料敏化层、电解质和对电子传输的透明导电玻璃。
当阳光照射到DSSC上时，染料吸收光子并转化为电子-空穴对，电子被注入TiO2电子传输层，从而产生电流。
这种结构简单、制造成本低，因此受到了人们的青睐。
在DSSC的研究领域，染料的选择和设计是一个至关重要的方面。
传统的染料敏化太阳能电池所使用的染料主要是有机染料，但它们在光稳定性和光吸收范围方面存在着一些不足。
因此，近年来研究人员开始尝试使用无机染料和有机-无机杂化染料来提高DSSC的光电转换效率和稳定性。
同时，一些新型的染料敏化剂，如钙钛矿材料，也被引入到DSSC中，取得了较好的效果。
这些新型染料的研究为提高DSSC 的光电转换效率提供了新的途径。
除了染料的选择，DSSC的电解质也是一个关键的研究领域。
传统DSSC所使用的电解质是有机溶液，但它们在高温和长时间照射下会发生不稳定和蒸发的问题。
为了解决这一问题，研究人员开始尝试使用固态电解质来代替传统的有机溶液。
固态电解质不仅能够提高DSSC的稳定性，还可以减小DSSC的封装成本和提高其安全性。
因此，固态电解质被认为是DSSC未来发展的一个重要方向。
此外，DSSC的光电转换效率也是一个备受关注的问题。
目前，DSSC的光电转换效率已经超过了10%，但与硅基太阳能电池相比仍有一定差距。
为了进一步提高DSSC的光电转换效率，研究人员正在探索一些新的技术和方法，如表面修饰、光学结构优化和光伏材料的组合应用等。
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第一章染料敏化纳米晶太阳能电池的历史发展及研究现状1-2法国科学家Henri Becquerel于1839年首次观察到光电转化现象3，但是直到1954年第一个可实用性的半导体太阳能电池的问世，“将太阳能转化成电能”的想法才真正成为现实4。
在太阳能电池的最初发展阶段，所使用的材料一般是在可见区有一定吸收的窄带隙半导体材料，因此这种太阳能电池又称为半导体太阳能电池。
尽管宽带隙半导体本身捕获太阳光的能力非常差，但将适当的染料吸附到半导体表面上，借助于染料对可见光的强吸收，也可以将太阳能转化为电能，这种电池就是染料敏化太阳能电池。
1991年，瑞士科学家Grätzel等人首次利用纳米技术将染料敏化太阳能电池中的转化效率提高到7%5。
从此，染料敏化纳米晶太阳能电池(即Grätzel电池)随之诞生并得以快速发展。
1.1 基本概念1.1.1大气质量数6对一个具体地理位置而言，太阳对地球表面的辐射取决于地球绕太阳的公转与自转、大气层的吸收与反射以及气象条件（阴、晴、雨）等。
距离太阳一个天文单位处，垂直辐射到单位面积上的辐照通量（未进入大气层前）为一常数，称之为太阳常数。
其值为1.338～1.418 kW·m-2，在太阳电池的计算中通常取1.353 kW·m-2。
太阳光穿过大气层到达地球表面，受到大气中各种成分的吸收，经过大气与云层的反射，最后以直射光和漫射光到达地球表面，平均能量约为1kW·m-2。
一旦光子进入大气层，它们就会由于水、二氧化碳、臭氧和其他物质的吸收和散射，使连续的光谱变成谱带。
因此太阳光光谱在不同波长处存在许多尖峰，特别是在红外区域内。
现在通过太阳模拟器，在室内就能够得到模拟太阳光进行试验。
在太阳辐射的光谱中，99%的能量集中在276～4960nm之间。
由于太阳入射角不同，穿过大气层的厚度随之变化，通常用大气质量（air mass，AM）来表示。
并规定，太阳光在大气层外垂直辐照时，大气质量为AM0，太阳入射光与地面的夹角为90º时大气质量为AM1。
其他入射角的大气质量可以用入射光与地面的夹角θ的关系表达，即AM = 1/ cosθ当太阳的天顶角θ为48.19 时为AM1.5。
海平面上任意一点和太阳的连线与海平面的夹角叫天顶角。
一般在地面应用的情况下，如无特殊说明，通常是指AM1.5 的情况。
1.1.2光电转化效率光电转化效率,即入射单色光子-电子转化效率(monochromatic incident photon-to-electron conversion efficiency，用缩写IPCE表示)，定义为单位时间内外电路中产生的电子数N e与单位时间内的入射单色光子数N p之比.其数学表达式见公式(1.1)：IPCE= 1240 I sc / (λ P in) (1.2)其中I sc、λ和P in所使用的单位分别为μA cm-2、nm和W m-2。
从电流产生的过程考虑，IPCE与光捕获效率(light harvesting efficiency) LHE (λ)、电子注入量子效率φinj及注入电子在纳米晶膜与导电玻璃的后接触面(back contact)上的收集效率φc三部分相关。
见公式(1.3)：IPCE(λ) = LHE(λ) ⨯φinj ⨯φc= LHE(λ) ⨯φ(λ)(1.3)其中φinj⨯φc可以看作量子效率φ (λ)。
由于0 ≤ LHE(λ) ≤1，所以对于同一体系, IPCE(λ) ≤φ (λ)。
两者相比，IPCE(λ)能更好地表示电池对太阳光的利用程度,因为φ (λ)只考虑了被吸收光的光电转化,而IPCE(λ) 既考虑了被吸收光的光电转化又考虑了光的吸收程度。
譬如，若某电极的光捕获效率为1%，而实验测得量子效率φ (λ) 为90%，但其IPCE(λ) 只有0.9%。
作为太阳能电池，必须考虑所有入射光的利用，所以用IPCE(λ) 表示其光电转化效率更合理；作为LB膜或自组装膜敏化平板电极的研究主要用来筛选染料而不太注重光捕获效率，所以常用φ (λ)表示光电转化效果。
在染料敏化太阳能电池中，IPCE(λ) 与入射光波长之间的关系曲线为光电流工作谱。
1.1.3 I–V曲线光电流工作谱反映了染料敏化半导体电极在不同波长处的光电转化情况，它反映了电极的光电转化能力。
而判断染料敏化太阳能电池是否有应用前景的最直接方法是测定电池的输出光电流和光电压曲线即I–V曲线。
典型的I–V曲线示于图1.1中。
下面介绍有关太阳能电池的性能参数。
短路光电流(Current of Short Circuit, I sc)：电路处于短路(即电阻为零) 时的光电流称为短路光电流；开路光电压(V oltage of Open Circuit, V oc)：电路处于开路(电阻为无穷大) 时的光电压称开路光电压；填充因子(Fill Factor, FF)：电池具有最大输出功率(P opt) 时的电流(I opt) 和电压(V opt) 的乘积与短路光电流和开路光电压乘积的比值称为填充因子。
FF = P opt / (I sc ⨯V oc) = (I opt ⨯V opt) / (I sc ⨯V oc) (1.4)光能-电能转化效率(η)：电池的最大输出功率与输入光功率(P in)的比值称为光能-电能转化效率，又叫能量转化效率。
η = P opt / P in = (FF ⨯ I sc ⨯V oc) / P in(1.5)图1.1 染料敏化纳米晶太阳能电池的I–V曲线从图1.1可以看出，短路光电流为I–V曲线在纵坐标上的截距，而开路光电压为曲线在横坐标上的截距。
短路光电流为电池所能产生的最大电流，此时的电压为零。
开路光电压为电池所能产生的最大电压，此时的电流为零。
曲线的拐点(⨯)对应着最大输出功率时的电流和电压，另外该点所对应的矩形面积即为最大输出功率。
具有短路光电流和开路光电压值的那一点（实际上没有这一点）所对应的矩形面积为电池理论上所能产生的最大功率。
拐点所对应的面积（实际产生的最大功率）与最大面积（理论功率）之比即为填充因子。
很显然，它是影响电池输出性能的一个重要参数。
短路光电流和开路光电压是电池最重要的参数，较高的短路光电流和开路光电压值是产生较高能量转化效率的基础。
对于短路光电流和开路光电压都相同的两个电池，制约其效率大小的参数就是填充因子，填充因子大的能量转化效率就高。
习惯上，将白光下的能量转化效率称为总能量转化效率，而单色光下的能量转化效率用η (λ)表示。
1.2 染料敏化纳米晶太阳能电池的结构及工作原理1.2.1结构染料敏化纳米晶太阳能电池主要可以分为三部分：工作电极、电解质和对电极。
在导电基底上制备一层多孔半导体膜，然后再将染料分子吸附在多孔膜中,这样就构成工作电极。
电解质可以是液态的，也可以是准固态或固态的。
对电极一般是镀有一层铂的导电玻璃。
1.2.2工作原理e -e图1.2 染料敏化二氧化钛纳米晶电池中电流产生机理示意图图1.2为染料敏化二氧化钛纳米晶电池中电流产生机理示意图7。
在光电流产生过程中，电子通常经历以下七个过程：①染料(D)受光激发由基态跃迁到激发态(D*):D + h → D* (1.6)②激发态染料分子将电子注入到半导体的导带中(电子注入速率常数为k inj ): D* → D + +e -(CB) (1.7)③I -离子还原氧化态染料可以使染料再生：3I - + 2D + → I 3- + D (1.8)④导带中的电子与氧化态染料之间的复合(电子回传速率常数为k b ):D + + e -(CB) → D (1.9)⑤导带(CB)中的电子在纳米晶网络中传输到后接触面(back contact ，用BC 表示)后而流入到外电路中:e -(CB) → e -(BC) (1.10)⑥纳米晶膜中传输的电子与进入二氧化钛膜孔中的I 3-离子复合(速率常数用k et 表示):I 3- + 2e -(CB) → 3I - (1.11)⑦I 3-离子扩散到对电极(CE)上得到电子再生:I 3- + 2e -(CE) → 3I - (1.12)染料激发态的寿命越长，越有利于电子的注入,而激发态的寿命越短，激发态分子有可能来不及将电子注入到半导体的导带中就已经通过非辐射衰减而跃迁到基态。
②、④两步为决定电子注入效率的关键步骤。
电子注入速率常数(k inj )与逆反应速率常数(k b )之比越大(一般大于3个数量级)，电荷复合的机会越小，电子注入的效率就越高。
I-离子还原氧化态染料可以使染料再生，从而使染料不断地将电子注入到二氧化钛的导带中。
I- 离子还原氧化态染料的速率常数越大，电子回传被抑制的程度越大，这相当于I- 离子对电子回传进行了拦截(interception)。
步骤⑥是造成电流损失的一个主要原因，因此电子在纳米晶网络中的传输速度(步骤⑤)越大,而且电子与I3-离子复合的速率常数k et越小，电流损失就越小，光生电流越大。
步骤③生成的I3-离子扩散到对电极上得到电子变成I-离子(步骤⑦)，从而使I-离子再生并完成电流循环。
在常规的半导体太阳能电池(如硅光伏电池)中，半导体起两种作用：其一为捕获入射光；其二为传导光生载流子。
但是，对于染料敏化太阳能电池，这两种作用是分别执行的[7]。
首先光的捕获由敏化剂完成，受光激发后，染料分子从基态跃迁到激发态(即电荷分离态)。
若染料分子的激发态能级高于半导体的导带底能级,且二者能级匹配，那么处于激发态的染料就会将电子注入到半导体的导带中。
注入到导带中的电子在膜中的传输非常迅速，可以瞬间到达膜与导电玻璃的后接触面(back contact)而进入外电路中。
除了负载敏化剂外，半导体的主要功能就是电子的收集和传导。
理论上，电池的光电压为光照时TiO2的准费米能级与电解质溶液中氧化还原电对的能斯特电位之差5-8。
1.3 二氧化钛纳米晶电极的引入由于单晶半导体表面能够吸附的染料分子很少，人们无法同时提高量子效率和光捕获效率，从而制约了染料敏化太阳能电池研究的发展。
1985年随着瑞士科学家Grätzel首次使用高表面积半导体电极(如二氧化钛纳米晶电极)进行敏化作用研究9，这个问题便得到了解决。
纳米晶半导体膜的多孔性使得它的总表面积远远大于其几何表面积。
例如10 m厚的二氧化钛膜(构成膜的粒子直径为15~20 nm)，其总表面积可以增大约1000倍5。
单分子层染料吸附到纳米晶半导体电极上，由于其巨大表面积可以使电极在最大吸收波长附近捕获光的效率达到100%。
所以染料敏化纳米晶半导体电极既可以保证高的光电转化量子效率又可以保证高的光捕获效率，从这个角度看，二氧化钛纳米晶电极的应用使得染料敏化太阳能电池的研究进入了一个全新的时代，大大推动了光电转化研究的发展。