Celulele solare sensibilizate cu colorant sunt celule fotoelectrochimice care folosesc semiconductori de oxid mezoporoși fotosensibili cu o bandă largă . Aceste celule au fost inventate în 1991 de Gretzel și colab., după care este dat numele celulei Gretzel .
Panourile solare de acest tip sunt promițătoare deoarece sunt realizate din materiale ieftine și nu necesită echipamente sofisticate în producție. Celulele au o structură simplă, constând din doi electrozi și un electrolit care conține iod . Un electrod constă din dioxid de titan (TiO2) foarte poros, saturat cu colorant, depus pe un substrat transparent conductiv de electricitate. Celălalt electrod este pur și simplu un substrat transparent conductor de electricitate. Funcționarea unei celule este adesea comparată cu fotosinteza , deoarece ambele procese folosesc o reacție redox care are loc într-un electrolit. Eficiența conversiei energiei în celulă nu a atins încă nivelul celulelor solare cu siliciu. În prezent, este de aproximativ 10%. Teoretic, se poate atinge un nivel de 33%.
Lumina soarelui intră printr-un electrod de sticlă saturată cu colorant , conducător de electricitate , unde este absorbită. Când un colorant absoarbe lumina, unul dintre electronii din molecula sa se schimbă de la starea fundamentală la starea excitată . Acest fenomen se numește „ fotoexcitație ”. Electronul excitat se deplasează de la colorant la banda de conducere a TiO2 . Tranziția este foarte rapidă; durează doar 10 -15 secunde. În TiO2 , electronul difuzează prin filmul de TiO2 , ajunge la electrodul de sticlă și apoi curge în jos prin conductor în al doilea electrod. Molecula de colorant este oxidată cu pierderea unui electron . Restabilirea moleculei de colorant la starea inițială are loc prin primirea unui electron de la ionul de iodură , transformându-l într-o moleculă de iod , care la rândul său difuzează către electrodul opus, primește un electron de la acesta și devine din nou un ion de iodură. Conform acestui principiu, o celulă solară sensibilizată la culoare transformă energia solară într-un curent electric care curge printr-un conductor extern.
Ca o alternativă la fotovoltaicele anorganice tradiționale, celulele solare sensibilizate la culoare utilizează un strat de particule încapsulate combinate cu un lichid ionic foarte conductiv . Lichidele ionice , care prezintă o eficiență ridicată de conversie atunci când sunt utilizate în aceste noi celule solare, sunt instabile termic și chimic și își pot pierde eficiența. Dar cercetătorii de la Școala Politehnică Federală din Lausanne (Elveția) au obținut succes folosind tetracianoboratul de 1-etil-3-metilimidazoliu (EMIB(CN) 4 ) ca un nou lichid ionic stabil, atingând un nivel de eficiență de conversie a energiei de 7% în condiții de iluminare completă. chiar si dupa imbatranire termica sau usoara.
Pentru a confirma stabilitatea chimică și termică a celulelor lor solare, cercetătorii au expus dispozitivul la 80°C în întuneric timp de 1.000 de ore și apoi au expus la lumină la 60°C pentru aceleași 1.000 de ore. După încălzirea în întuneric și la lumină, 90% din eficiența fotovoltaică inițială a fost păstrată - pentru prima dată s-a observat o astfel de stabilitate termică excelentă pentru un electrolit ionic lichid cu o eficiență ridicată de conversie. Spre deosebire de celulele solare cu siliciu, a căror performanță scade odată cu creșterea temperaturii, celulele solare sensibilizate la culoare experimentează doar o ușoară schimbare atunci când temperatura lor crește de la temperatura camerei la 60 °C.
Tehnologia celulelor solare cu peliculă subțire care utilizează TiO 2 , pe baza căreia este posibil să se producă celule solare mult mai încăpătoare și mai ieftine pentru utilizare pe piața de masă.