Färgsensibiliserade solceller är fotoelektrokemiska celler som använder ljuskänsliga mesoporösa oxidhalvledare med ett brett bandgap . Dessa celler uppfanns 1991 av Gretzel et al., varefter namnet på Gretzel-cellen ges .
Solpaneler av denna typ är lovande eftersom de är gjorda av billiga material och inte kräver sofistikerad utrustning i produktionen. Cellerna har en enkel struktur, bestående av två elektroder och en jodhaltig elektrolyt . En elektrod består av mycket porös, färgmättad titandioxid ( TiO 2 ) avsatt på ett transparent elektriskt ledande substrat. Den andra elektroden är helt enkelt ett transparent elektriskt ledande substrat. Funktionen av en cell jämförs ofta med fotosyntes , eftersom båda processerna använder en redoxreaktion som äger rum i en elektrolyt. Effektiviteten av energiomvandlingen i cellen har ännu inte nått nivån för kiselsolceller. I dagsläget är det cirka 10 %. Teoretiskt är det möjligt att uppnå en nivå på 33%.
Solljus kommer in genom en elektriskt ledande, färgmättad glaselektrod , där det absorberas. När ett färgämne absorberar ljus ändras en av elektronerna i dess molekyl från grundtillståndet till ett exciterat tillstånd . Detta fenomen kallas " fotoexcitation ". Den exciterade elektronen rör sig från färgämnet till ledningsbandet av TiO 2 . Övergången är mycket snabb; det tar bara 10–15 sekunder. I TiO 2 diffunderar elektronen genom TiO 2 -filmen, når glaselektroden och strömmar sedan ner genom ledaren in i den andra elektroden. Färgämnesmolekylen oxideras med förlust av en elektron . Återställandet av färgämnesmolekylen till dess ursprungliga tillstånd sker genom att ta emot en elektron från jodidjonen , förvandla den till en jodmolekyl , som i sin tur diffunderar till den motsatta elektroden, tar emot en elektron från den och återigen blir en jodidjon. Enligt denna princip omvandlar en färgsensibiliserad solcell solenergi till en elektrisk ström som flyter genom en extern ledare.
Som ett alternativ till traditionella oorganiska solceller använder färgsensibiliserade solceller ett lager av inkapslade partiklar i kombination med en starkt ledande jonisk vätska . Joniska vätskor , som uppvisar hög omvandlingseffektivitet när de används i dessa nya solceller, är termiskt och kemiskt instabila och kan förlora effektivitet. Men forskare från Federal Polytechnic School of Lausanne (Schweiz) har nått framgång med att använda 1-etyl-3-metylimidazoliumtetracyanoborat (EMIB(CN) 4 ) som en ny stabil jonisk vätska och nått en energiomvandlingseffektivitetsnivå på 7 % under full belysning även efter termisk eller lätt åldring.
För att bekräfta den kemiska och termiska stabiliteten hos deras solceller exponerade forskarna enheten för 80°C i mörker i 1 000 timmar och exponerade sedan för ljus vid 60°C under samma 1 000 timmar. Efter uppvärmning i mörker och i ljus behölls 90 % av den ursprungliga fotovoltaiska verkningsgraden - första gången som en sådan utmärkt termisk stabilitet har observerats för en flytande jonisk elektrolyt med hög omvandlingseffektivitet. Till skillnad från kiselsolceller, vars prestanda minskar med ökande temperatur, upplever färgsensibiliserade solceller endast en liten förändring när temperaturen stiger från rumstemperatur till 60 °C.
Tekniken för tunnfilmssolceller som använder TiO 2 , på basis av vilken det är möjligt att göra betydligt mer rymliga och billiga solceller för användning på massmarknaden.