A festékkel érzékenyített napelemek fotoelektrokémiai cellák , amelyek fényérzékeny mezopórusos oxid félvezetőket használnak széles sávszélességgel . Ezeket a sejteket 1991-ben Gretzel és munkatársai találták fel, akikről a Gretzel-sejt nevét adták .
Az ilyen típusú napelemek ígéretesek, mert olcsó anyagokból készülnek, és nem igényelnek kifinomult berendezéseket a gyártás során. A cellák egyszerű szerkezetűek, két elektródából és egy jódtartalmú elektrolitból állnak . Az egyik elektróda erősen porózus, színezékkel telített titán- dioxidból (TiO 2 ) áll, amelyet átlátszó, elektromosan vezetőképes hordozóra helyeznek. A másik elektróda egyszerűen egy átlátszó, elektromosan vezető hordozó. A sejt működését gyakran a fotoszintézishez hasonlítják , mivel mindkét folyamat redoxreakciót használ , amely egy elektrolitban megy végbe. Az energiaátalakítás hatékonysága a cellában még nem érte el a szilícium napelemek szintjét. Jelenleg ez körülbelül 10%. Elméletileg 33%-os szintet lehet elérni.
A napfény egy elektromosan vezető, festékkel telített üvegelektródán keresztül jut be , ahol elnyelődik. Amikor egy festék elnyeli a fényt, a molekulájában lévő elektronok egyike alapállapotból gerjesztett állapotba változik . Ezt a jelenséget fotogerjesztésnek nevezik . A gerjesztett elektron a festékből a TiO 2 vezetési sávjába kerül . Az átmenet nagyon gyors; mindössze 10–15 másodpercet vesz igénybe. A TiO 2 -ban az elektron átdiffundál a TiO 2 filmen, eléri az üvegelektródát, majd a vezetőn lefelé áramlik a második elektródába. A festékmolekula elektronveszteséggel oxidálódik . A festékmolekula visszaállítása eredeti állapotába úgy történik, hogy a jodidionból egy elektront fogadunk , jódmolekulává alakítjuk , amely viszont a szemközti elektródára diffundál, onnan kap egy elektront, és ismét jodidion lesz . Ezen elv szerint a színérzékeny napelem a napenergiát külső vezetőn átfolyó elektromos árammá alakítja át.
A hagyományos szervetlen fotovoltaikus energia alternatívájaként a színérzékeny napelemek kapszulázott részecskékből álló réteget használnak, amely nagy vezetőképességű ionos folyadékkal kombinálva van . Az ionos folyadékok , amelyek nagy konverziós hatékonyságot mutatnak ezekben az új napelemekben, termikusan és kémiailag instabilak, és elveszíthetik hatékonyságukat. A Lausanne-i Szövetségi Politechnikai Iskola (Svájc) kutatói azonban sikereket értek el az 1-etil-3-metil-imidazolium-tetracianoborát (EMIB(CN) 4 ) új, stabil ionos folyadékként történő felhasználásával, amely teljes megvilágítás mellett 7%-os energiaátalakítási hatékonyságot ért el. még hő- vagy fényöregítés után is.
Napelemeik kémiai és termikus stabilitásának megerősítése érdekében a kutatók az eszközt 80 °C-os sötétben 1000 órára, majd 60 °C-os fénynek tették ki ugyanezen 1000 órán át. Sötétben és világosban történő melegítés után az eredeti fotovoltaikus hatásfok 90%-a megmaradt – először figyeltek meg ilyen kiváló termikus stabilitást egy magas konverziós hatásfokkal rendelkező folyékony ionos elektrolit esetében. Ellentétben a szilícium napelemekkel, amelyek teljesítménye csökken a hőmérséklet emelkedésével, a színérzékeny napelemek csak csekély változást tapasztalnak, amikor hőmérsékletük szobahőmérsékletről 60 °C-ra emelkedik.
A vékonyrétegű, TiO 2 -t használó napelemek technológiája , amely alapján lényegesen nagyobb kapacitású és olcsóbb tömegpiaci felhasználású napelemek készítése lehetséges.