染料敏化太阳能电池自1991年由瑞士洛桑高等工学院的M. Grtzel教授团队首次实现突破以来，已经成为一种受到广泛关注的新能源技术。这种电池的设计灵感来源于自然界中广泛存在的光合作用过程。其显著特点包括低成本、生产简便、原料丰富且环保，部分还可以回收，对环境友好。该技术引起了包括欧洲、美国、日本等发达国家在内的众多研究团队的兴趣，他们投入了大量的研究资源。

染料敏化太阳能电池的主要结构由几个关键部分组成：纳米多孔半导体薄膜，如TiO2、SnO2或ZnO，作为负极，通常覆盖在透明导电膜的玻璃基板上；对电极，通常采用铂作为还原催化剂，附着在透明导电膜的另一侧；染料分子吸附在纳米多孔的二氧化钛薄膜表面，成为电解质与电极间传输电子的关键介质。

染料敏化的过程主要包括以下几个步骤：染料分子吸收太阳光后，从基态跃迁到激发态。激发态的染料分子将电子注入到半导体的导带中。电子随后通过导电基底传递到外部电路。氧化态的染料在电解质被还原后恢复到原始状态。氧化态的电解质在对电极接受电子后也被还原，从而形成一个闭合的循环。

研究发现，只有靠近TiO2表面的染料分子能够有效地注入电子，而多层染料吸附可能会阻碍电子的传输。染料的激发态寿命较短，因此需要紧密地绑定到电极上，理想的吸附方式是化学吸附。染料的光谱响应范围和量子产率对太阳能电池的光子捕获效率有着重要影响。尽管如此，电子在染料敏化二氧化钛纳米晶电极中的传输机制目前仍然不甚明了，现有的隧穿机理和扩散模型等多种理论尚需进一步的研究来阐明。