-

离子扩散到对电极上得到电子使

I

-

离子再生：

I

3

- 

+ 2e

-

(CE) → 3I

-

 

，

J

0 

= 10

-2

~10

-1

A cm

-2

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

② ④

电子注入到半导体的导带中就已经通过非辐射衰减而返回到基态。 、 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（一般大于三个

数量级），
电子复合的机会越小，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

⑥

不断地将电子注入到二氧化钛的导带中。步骤 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

(k

5

)越大，电子与I

3

-

离子复合的交换电流密度

(J

0

)越小，电流损失就越小。步骤

③生成的I

3

-

离子扩散到对电极上得到电子变成离子

I

-

(

⑦

步骤

)，从而使 I

-

离子再生并完成电流循环。

DSC 的结构组成：主要由纳米多孔半导体薄膜、染料敏化剂、氧化还原电解质、对电极和导
电基底等几部分组成。纳米多孔半导体薄膜通常为金属氧化物（

TiO2、SnO2、ZnO 等），聚

集在有透明导电膜的玻璃板上作为

DSC 的负极。对电极作为还原催化剂，通常在带有透明

导电膜的玻璃上镀上铂。敏化染料吸附在纳米多孔二氧化钛膜面上。正负极间填充的是含有
氧化还原电对的电解质，最常用的是

I3/I-。

 DSC 工作原理如下图所示： 
⑴ 染料分子受太阳光照射后由基态跃迁至激发态； 
⑵ 处于激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中； 
⑶ 电子扩散至导电基底，后流入外电路中； 
⑷ 处于氧化态的染料被还原态的电解质还原再生； 
⑸ 氧化态的电解质在对电极接受电子后被还原，从而完成一个循环； 
⑹ 和 ⑺ 分别为注入到 TiO2 导带中的电子和氧化态染料间的复合及导带上的电子和氧化态
的电解质间的复合

研究结果表明：只有非常靠近

TiO2 表面的敏化剂分子才能顺利把电子注入到 TiO2 导带中

去，多层敏化剂的吸附反而会阻碍电子运输；染料色激发态寿命很短，必须与电极紧密结
合，最好能化学吸附到电极上；染料分子的光谱响应范围和量子产率是影响

DSC 的光子俘

获量的关键因素。到目前为止，电子在染料敏化二氧化钛纳米晶电极中的传输机理还不十分
清楚，有

Weller 等的隧穿机理、Lindquist 等的扩散模型等，有待于进一步研究。