1。2。1 结构与工作原理

DSSC最常使用的纳米级二氧化钛颗粒的禁带宽度大约为3。2 eV，所以只有小于

400 nm的紫外光才能将价带里的电子激发到导带上，在二氧化钛的表面镀上一层具有吸收可见光特性、禁带宽度约在1。5 eV的染料敏化剂，便可以在400-800 nm之间的可见光区域产生作用。

  染料敏化太阳能电池结构

    染料敏化太阳能电池结构如图1所示，DSSC是较为典型的“三明治”结构，一般由导电玻璃、纳米二氧化钛薄膜、染料敏化剂、电解质、对电极构成，光电转换的界面是以下几个完成的：纳米二氧化钛薄膜与染料敏化剂所形成的界面、染料敏化剂与电解质形成的界面、电解质与对电极形成的界面。

    当太阳光照射在DSSC上，染料分子中的基态电子被激发，激发态的染料分子将电子注入到纳米多孔的半导体导带上，导带中的电子迅速富集到导电玻璃上面，从而传向外电路，最终回到对电极上。同时由于染料敏化剂的氧化还原电位相对于氧化还原电解质电位较高，此时处于氧化态的染料被处于还原态的电解质还原，氧化后的电解质又扩散到对电极上得到电子再生，这样不断的循环，就产生源源不断的电流。具体过程如下：

D + hv---- D*                    (1)染料激发

D + TiO2---- e- + D+                       (2)光电流产生

D+ + Red---- D + Ox               (3)染料还原再生

Ox + e- ---- Red                   (4)电解质还原

D + e- ---- D                       (5)电子复合

Ox + e- ---- Red                   (6)暗电流

D为基态染料，D*为激发态染料，D+为氧化态染料，Red为还原态电解质，Ox为氧化态电解质。

1。2。2 DSSC的光阳极

在制备DSSC的时候，用于制备光阳极的材料有很多，如Ti、Fe、Al、Zn、Nb、Sn等的氧化物。但是经过前人大量的实验与数据分析，TiO2是最适合作为光阳极的，原因有以下几点：

(1) 光电极稳定；(2) 价格便宜；(3) 制作的工艺要求较低；(4) 无毒且抗腐蚀性强；(5) 禁带宽度较宽。

纳米TiO2薄膜的制备方法多种多样，有溶胶-凝胶法、水热合成法、直接氧化法、粉末刮涂法、磁控溅射法、化学气相沉积法、热分解法、TiCl4水解法等等。这些方法各自都有优缺点，以下简单介绍几种常用的制作薄膜的方法：

1。2。2。1 溶胶-凝胶法

    溶胶凝-胶法是最常用的一种制膜方法，一般使用钛酸四丁酯为原料，加入去离子水和无水乙醇配制成反应液，用冰醋酸和乙酰丙酮以缓解钛酸四丁酯的强烈水解，同时将反应液放在电磁搅拌器上，通过不断的搅拌来得到最终的均匀透明溶胶，改变溶胶的pH值可以控制纳米TiO2颗粒的大小。用提拉法或者旋涂法，将得到的溶胶附着在导电玻璃上，再放在400 ℃左右的环境下将薄膜内的有机物分解掉，即可得到目标产品。李胜军[3]等利用聚苯乙烯小球作为造孔剂，用溶胶-凝胶法制备了孔径约200 nm的锐钛矿型TiO2纳米薄膜电极，与不含大孔的TiO2电极相比，光电转化效率提高了0。6%。

1。2。2。2 水热合成法

水热合成法是在密闭环境下完成的，相对于溶胶-凝胶法而言，温度和压力有差异。制备方法：制作无水乙醇与去离子水的混合液，然后将异丙醇钛逐滴加入混合液内，用硝酸调节混液的pH至0。7，放在240 ℃的温度下4个小时，即能得到TiO2胶体。J。 Jiu[4]等在TiO2前驱物中加入共聚物(聚乙烯氧化物)与表面活性剂(十六烷基三甲铵溴)，用水热合成法制备TiO2多孔薄膜，获得8%的光电转化效率。