图 1-1染料敏化纳米TiO2膜太阳能电池的结构示意图

上图 1-1 从上到下依次为导电玻璃基体、半导体膜、单层染料分子、电解质、铂、碳等催化剂、透明导电层、导电玻璃基体。该电池的各个部分都可以单独制作，各个部分又紧密协同工作[23]。

1。1。2 染料敏化纳米TiO2膜太阳能电池的工作原理

图1-2染料敏化纳米TiO2膜太阳能电池的原理示意图

上图1-2中D、D+ 和D*分别为单层染料中的敏化剂基态、氧化态和激发态。

该DSSC 的工作过程[24]如下描述：

（1）当光阳极被太阳光照射时，天然染料中的敏化剂分子吸收一定波长的能量，从基态跃迁到激发态。 

D + hv → D*

（2）被激发的敏化剂分子（D*）不稳定，通过染料将电子引入较低能级的光阳极的导带中，此时D*被氧化为D+。

D* → e- + D+论文网

（3）D*被氧化为D+ 很不稳定，在电解质溶液中的I- 给电子将其变为还原态，再生染料分子。

       3I- + 2D+ → 2D + 3I3-

（4）入到半导体导带中的电子与氧化态的染料发生复合反应：

 D+  + e- → D

（5）注入半导体导带的电子被收集到导电玻璃基体，并通过外电路流向对电

极，形成电流。

（6）加入的碘-碘化钾电解质溶液中I3-离子被对电极的电子还原为I-。

 I3- + 2e- → I-

（7）电解质溶液中的供电子体I-提供电子后成为I3-，扩散到对电极，在电极

表面得到电子被还原：

 I3- + 2e- → I-

以上七个过程是往复循环进行的，因此得到的是连续的光电流。如果考虑到光阳极的发生的其它反应和其它条件影响，那么就会是较不稳定的光电流。实验中尽量控制电解质

溶液不要直接接触导电基板，要用稳定光源照射光阳极，整个过程其实是一个动力学平衡过程。

1。2纳米TiO2光阳极

    在DSSC 大多采用Ti、Zn、Fe等的氧化物作为光阳极，经大量研究[25]表明，TiO2 以其独特之处，最适合作为光阳极。

纳米TiO2 又叫做钛白粉，分子式量为79。87，是一种白色无机颜料，无毒、全反射光。钛白粉的粘附力强，具有稳定化学性质。广泛应用于涂料、塑料、化纤、化妆品等工业。因其熔点较高，也被用来制造耐火玻璃，耐高温的实验器皿等。光阳极采用的纳米二氧化钛膜是整个电池工作的核心部分，起着接收和传输电子的作用，TiO2 颗粒的形态以及铺展方式对电池的工作也有着比较大的影响。

目前纳米TiO2 膜的制备方法较多，例如溶胶凝胶法、化学沉降法、磁控溅射法、粉末刮涂法等[26]。

溶胶凝胶法是最早制备纳米膜的使用方法，基本原理是将金属醇盐或者无机盐水解形成溶胶，然后聚合凝胶化，经干燥处理后烧结去除杂质。此法制作出的多孔TiO2 膜，虽然化学均匀性好、纯度高，但是烧结型不好，膜面比较粗糙。

化学沉降法是在导电玻璃上的面是异相成核，导电玻璃下的面是均相成核，所得的薄膜具有纳米复合结构。虽然晶型比较好，但是操作条件苛刻，反应时间较长。

磁控溅射法是在溅射的基础上运用光电池上溅射材料本身的电场与磁场相互作用，进行较为均匀的涂敷，但是其存在压力不均衡和需要在比较高的温度下使用的缺点。

粉末刮涂法是实验室最为常用的方法，也适用于Zn太阳能电池的制备，虽然薄膜比表面积小，光电转化效率也低，最高光电转化率可达3。5%，但是研究起来快捷方便，适合初期研究采用。