Farve -sensibiliserede solceller er fotoelektrokemiske celler , der bruger lysfølsomme mesoporøse oxid - halvledere med et bredt båndgab . Disse celler blev opfundet i 1991 af Gretzel et al., efter hvem navnet på Gretzel-cellen er givet .
Solpaneler af denne type er lovende, fordi de er lavet af billige materialer og ikke kræver sofistikeret udstyr i produktionen. Cellerne har en enkel struktur, bestående af to elektroder og en jodholdig elektrolyt . Den ene elektrode består af meget porøs, farvemættet titaniumdioxid ( TiO 2 ) aflejret på et transparent elektrisk ledende substrat. Den anden elektrode er simpelthen et gennemsigtigt elektrisk ledende substrat. Driften af en celle sammenlignes ofte med fotosyntese , da begge processer bruger en redoxreaktion, der finder sted i en elektrolyt. Effektiviteten af energiomdannelsen i cellen har endnu ikke nået niveauet for siliciumsolceller. På nuværende tidspunkt er det omkring 10 pct. Teoretisk set er det muligt at opnå et niveau på 33%.
Sollys trænger ind gennem en elektrisk ledende, farvestofmættet glaselektrode , hvor det absorberes. Når et farvestof absorberer lys, ændres en af elektronerne i dets molekyle fra grundtilstanden til en exciteret tilstand . Dette fænomen kaldes " fotoexcitation ". Den exciterede elektron bevæger sig fra farvestoffet til ledningsbåndet af TiO 2 . Overgangen er meget hurtig; det tager kun 10-15 sekunder. I TiO 2 diffunderer elektronen gennem TiO 2 -filmen, når glaselektroden og strømmer derefter ned ad lederen ind i den anden elektrode. Farvestofmolekylet oxideres med tab af en elektron . Gendannelsen af farvestofmolekylet til dets oprindelige tilstand sker ved at modtage en elektron fra iodidionen , forvandle den til et iodmolekyle , som igen diffunderer til den modsatte elektrode, modtager en elektron fra den og igen bliver til en iodidion. Ifølge dette princip omdanner en farvesensibiliseret solcelle solenergi til en elektrisk strøm, der løber gennem en ekstern leder.
Som et alternativ til traditionelle uorganiske solceller bruger farvesensibiliserede solceller et lag af indkapslede partikler kombineret med en stærkt ledende ionisk væske . Ioniske væsker , som viser høj konverteringseffektivitet, når de bruges i disse nye solceller, er termisk og kemisk ustabile og kan miste effektivitet. Men forskere fra Federal Polytechnic School of Lausanne (Schweiz) har opnået succes ved at bruge 1-ethyl-3-methylimidazoliumtetracyanoborat (EMIB(CN) 4 ) som en ny stabil ionisk væske, der når et energiomdannelseseffektivitetsniveau på 7 % under fuld belysning selv efter termisk eller let ældning.
For at bekræfte den kemiske og termiske stabilitet af deres solceller, udsatte forskerne enheden for 80°C i mørke i 1.000 timer og derefter udsat for lys ved 60°C i de samme 1.000 timer. Efter opvarmning i mørke og i lys blev 90 % af den oprindelige fotovoltaiske virkningsgrad bibeholdt - første gang er en så fremragende termisk stabilitet blevet observeret for en flydende ionisk elektrolyt med en høj konverteringseffektivitet. I modsætning til siliciumsolceller, hvis ydeevne falder med stigende temperatur, oplever farvesensibiliserede solceller kun en lille ændring, når deres temperatur stiger fra stuetemperatur til 60 °C.
Tyndfilmssolcellers teknologi, der anvender TiO 2 , på grundlag af hvilken det er muligt at lave væsentligt mere rummelige og billige solceller til brug på massemarkedet.