染料敏化太阳能电池底工作机理
结果表明，随着反应温度的增高和反应时间的延长，粉体的结晶更完整；较低的反应温度(<180~C)对粉体粒度分布影响不大；当反应时间在5h以下时，对粉体粒径分布基本没有影响，随着反应时间的进一步延长，粉体粒径趋于增大，分布更均匀。
李胜军[9]等利用聚苯乙烯小球做造孔剂，用溶胶一凝胶水热法制备了孔径约200nm、颗粒均匀的锐钛矿型TiO2纳晶薄膜电极，并探讨了造孔剂对电极光电性能、I3ˉ极限扩散电流的影响。检测结果表明，该电极具有较好的光漫反射性能，球形大孔的存在提高了凝胶电解质在TiO2薄膜电极中的渗透和I3ˉ离子的扩散性能。与不含大孔的TiO2电极相比，提高短路光电流光电转换效率可提高0.6％。
3、电泳沉积法：电泳沉积法作为一种制备具有复杂形状薄膜材料的方法，近年来在TiO2薄膜电极制备方面有较多研究[8、11-12]。在直流电压作用下TiO2悬浮液中的带电颗粒移向反向电极，放电而形成沉积层，经高温煅烧即得到纳米TiO2薄膜电极。电泳沉积法的主要优点是可以快速得到相对较厚的沉积膜、界面光滑缺陷小、可以直接制备复杂形状的薄膜电极，具有易吸附染料的多孔结构。但薄膜与导电玻璃基底结合不牢，易脱落，影响了电池的性能。
谢冰等[11]研究了TiO2粉末在不同溶剂中的悬浮液稳定性，使用正丁醇作为有机溶剂进行电泳成膜，探讨了电压、时间、浓度和添加聚乙二醇等不同条件对膜沉积量的影响。试验结果表明，基体上的沉积量与外加电压和时间近似成线性关系，随着悬浮液浓度的提高而增大。在添加粘结剂聚乙二醇的情况下，可以增加TiO2，薄膜的沉积量。
刘炜华[8]等分别用溶胶凝胶法、电泳法以及溶胶凝胶一电泳复合法制备了TiO2 薄膜电极。通过比较发现使用溶胶电泳复合法制得的TiO2薄膜电极既解决了膜脱落问题，又可吸附较多的染料，综合了溶胶法和电泳法的优点。所制备的薄膜电极用于染料敏化太阳电池，开路电压达0．7V，短路电流达l2.59mA/cm ，填充因子达0．55，效率达3．14％，远远高于其他两种方法所制得电池的效率。
4、磁控溅射法：磁控溅射沉积法是在阴极(金属Ti靶)和阳极(导电玻璃)施加正交磁场和电场，在Ar和O2氛围下将靶材表面原子溅射出来，沉积到导电玻璃基片上，得到TiO2薄膜电极。虽然可制备连续大面积的纳米TiO2薄膜，但结构致密、比表面积小，不利于染料吸附。
李海玲等[13]采用中频磁控溅射法与弧抑制技术相结合制备出了廉价、大面积并且膜与幸寸底结合牢固的TiO2薄膜，讨论了衬底材料、薄膜厚度、掺杂类型等参数对光学性能的影响。用此方法制备TiO2薄膜可以大面积连续生产，具有廉价、与衬底结合牢固、方便应用等优点，有利于DSSC的产业化发展。
除上述几种主要制备方法外，还有模板法(Templating Method)、超声辅助法(UltrasonicAssistant Method)，液相沉积法(Liquid PhaseDeposition)、反胶束法(Reverse Micellar Method)等。
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不同制备方法的分析比较：
传统的溶胶凝胶法和电泳沉积法有互补的优点和局限性，溶胶凝胶一电泳复合法综合了两者各自的优点，制得的TiO2，薄膜电极既较好地解决了膜脱落问题，又可吸附较多的染料，提高了光电转换效率。
水热合成法对设备要求不高、容易操作，其水热熟化过程还可以控制产物的结晶和长大，因而使纳米TiO2的粒径、分布以及薄膜的孔隙率等成为可控因素，对于提高DSSC光电转换性能意义十分重大。其局限性是耗时较长，必须进行高温和高压处理，限制了基底材料的选用。
磁控溅射法由于是直接对原子进行操作，薄膜能够牢固地附着在基底上，TiO2，颗粒的大小及尺寸分布可以通过调整两电极间的电压、电流和气体压力等条件来控制。另一个优点是易于进行大面积的均匀镀膜，对DSSC的大面积化和产业化提供了可靠的技术支持。此外，该法便于进行掺杂，这对光阳极的修饰具有非常重要的意义。但是磁控溅射得到的薄膜太致密，低比表面积不利于染料分子的吸附，其广泛应用还受一定限制。 2.2.2 光阴极材料
光阴极材料：阴极在染料敏化太阳能电池中也发挥着重要的作用。在实际工作中，染料敏化太阳能电池由于有电流通过阴极，产生极化现象，形成超电势，引起电势的损失，降低了电池的性能。因此，阴极的制备一般用导电玻璃片作为基体，采用不同方法镀上石墨、铂或导电聚合物等不同材料，其中镀铂的效果较好。 2.2.3 电解质
电解质担负着复原染料，传输电荷，改变TiO2、染料及氧化还原电对的能级，改变体系的热力学和动力学特性等重要作用，因此，电解质的组成及溶剂配方对太阳能电池的效率有很大影响。为了提高电池的效率，要求电解质中还原剂必须能迅速地还原染料正离子，而自身还原电位要低于电池电位。液态电解质含有易挥发的有机溶剂，对电池的长期稳定性有很不利的影响。解决的方法是使用不挥发、稳定、电导率高的离子液体，或者加入高分子凝胶剂，成准固态的凝胶高分子，这既保持了液体体系的高导电性和高转换效率, 又降低了溶剂的挥发和渗漏，从而提高了寿命。全固态染料敏化太阳能电池也是研究的热点。目前，人们主要对P型半导体、导电聚合物和空穴传输有机分子这三大类性能良好的固体电解质进行了研究。 中科院物理所与日本东京大学合作利用融盐与p型Cu I半导体的复合体系组装的固态染料太阳能电池的效率达到了3. 8%[ 1 ] ，Tennakone等[ 2 ]用4CaB r3S(C4H9 ) 2的聚合物性质优化了接触，提高了电池性能，从一个侧面说明了聚合物电解质的优势， 但η最高只有5 %左右[ 3 ] 。
由于液态电解质在封装上的技术困难，人们开发了无机半导体体系的固态电解质、有机空穴传输材料和高分子电解液体系等。与液态电解质相比，固态染料
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敏化太阳能电池敏化剂的氧化还原电位，可以和空穴导体的工作函数更好的匹配，所以固态染料敏化太阳能电池获得的Uoc值很高，可以达到接近1V。以固态电解质取代液态电解液应用于染料敏化太阳能电池，可以提高和改善电池的长期稳定性。 2.2.4 敏化剂
敏化剂：敏化剂吸收太阳光产生光致分离，它的性能直接决定太阳电池的光电性能。新的敏化剂使吸收长波的能力增加，并且具有很高的光学横断面和吸收近红外光的能力。
按其结构中是否含有金属原子或离子，敏化剂分为有机和无机两大类。无机类敏化剂包括钌、锇类的金属多吡啶配合物、金属卟啉、金属酞菁和无机量子点等；有机敏化剂包括天然染料和合成染料。
敏化染料分子的性质是电子生成和注入的关键因素，作为光敏剂的染料须具备以下条件： ①对二氧化钛纳米晶结构的半导体电极表面有良好的吸附性， 即能够快速达到吸附平衡，而且不易脱落； ②在可见光区有较强的、尽量宽的吸收③染料的氧化态和激发态要有较高的稳定性； ④激发态寿命足够长， 且具有很高的电荷传输效率，这将延长电子-空穴分离时间， 对电子的注人效率有决定性作用； ⑤具有足够负的激发态氧化还原电势，以保证染料激发态电子注入二氧化钛带。
2.3 染料敏化太阳能电池有潜力的几类
2.3.1 染料敏化纳米晶太阳能电池
敏化的纳米晶TiO2电极是染料敏化太阳能电池的关键部分，其性能直接关系到太阳能电池的总效率。在制备技术方面，基于传统的刮涂制膜技术和逐层沉积制备技术，由于操作的复杂性和技术掌握的难度，是光阳极制备的瓶颈问题。丝网印刷技术由于其大面积制备的可操作性，是实现未来工业化不错的手段，但同样存在技术操作复杂的缺点，同时其规模制备所需条件依然需要改进和优化在总之，通过光敏化，获得较宽的可见光谱响应范围，快速的电子传输，优越的电子散射系数，增强的光收集效率以及优越的抑制电荷复合性能的多孔膜将是未来TiO2光阳极研究的方向。
2.3.2 纤维状无TCO染料敏化太阳能电池
纤维状无TCO染料敏化太阳能电池(fiber-type TCO-less dye sensitized solar cell)，这种太阳能电池是将染料敏化太阳能电池层，环绕着一根长3.5厘米(cm)、直径9毫米(mm)玻璃纤维所组成。
染料敏化上，寻找低成本、性能良好的染料成为当前研究的一个热点。
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其研究人员将一层氧化钛一层敏化颜料，以及一层多孔钛(porous Ti)作为电极(正极)；一层包含碘等电解质的多孔层，以及一层白金(Pt)与钛作为另一端电极(负极)。
将上述两种电极顺序环绕着玻璃纤维；而除了该玻璃纤维的两端，整个太阳能电池都以钛覆盖着。将光线从玻璃纤维的一端透进去，光就会被太阳能电池中的染料所吸收，并转换成电力；而若是该纤维稍有倾斜，在光线从另一端出去之前，就不会在表面下的玻璃造成完全反射。
目前该种太阳能电池所展现的转换效率，在使用某种染料的情况下仅稍高于1%，该数字稍低了些，且由于该种电池使用的玻璃纤维有9mm直径，长度却只有1.5公分左右，因此大约有九成从纤维的一端入射，从另一端出去的光线并没有被转换。
预计未来该种太阳能电池的净转换率(net conversion efficiency)可望达到而该种新型太阳能电池与标准染料敏化太阳能电池的一个最大差异，是新电池并不使用透明电极(透明导电氧化物薄膜TCO)，研究人员计划利用尚未被现有染料敏化太阳能电池所使用的近红外线(near-infrared)能源，来产生电力。 2.3.3 利用有机物来提高转换效率
通常用于油漆之类的有机染料，含有金属复合体，一接收到太阳光，便会释出电子。利用这项特点，将染料与电解液置放在导电板两侧，可从中产生电力。制造的原理很简单，但是要选择何种染料与电解液做结合，却令人伤透脑筋，因为光电转换效率的好坏，与选材的关系密切，研究人员必须反复测试不同材料的组合，以求提高光电转换效率。
利用此方法不但降低了成本，而且2009年该夏普公司成功制造出每25平方公尺光电转换效率达8.2%的DSSC，目前为全球该尺寸最高光电转换率的DSSC。随着深度的研究将推出商业化的DSSC。因为目前主流的单晶硅太阳能电池，其模块光电转换效率才达约15%。
10%，被浪费的光线问题能透过增加光纤的长度或是减少纤维直径来克服。
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染料敏化太阳能电池的制作过程
第三章 染料敏化太阳能电池的制作过程
3.1染料敏化太阳能电池的制作步骤
二氧化钛膜的制备 ↓ 利用天然染料把二氧化钛膜着色 ↓ 制作反电极
↓ 组装电池
↓
注入电解质 图3-1染料敏化太阳能电池的制作步骤
3.1.1二氧化钛膜的制备
二氧化钛的制备有两种方法（图3-2）：
一种方法是：称取适量二氧化钛粉(Degussa P25) 放入研钵中，一边研磨，一边逐渐加入硝酸或乙酸(pH 值为3 —4) ，研磨均匀。
图3-2 二氧化钛浆料制备
另一种方法是：取适量二氧化钛粉，加入乙酰丙酮水溶液，然后边研磨边逐渐加入水使之研磨均匀。
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