Las células solares sensibilizadas por colorante son células fotoelectroquímicas que utilizan semiconductores de óxido mesoporoso fotosensible con una banda prohibida amplia . Estas células fueron inventadas en 1991 por Gretzel et al., de quien se deriva el nombre de célula de Gretzel .
Los paneles solares de este tipo son prometedores porque están hechos de materiales baratos y no requieren equipos sofisticados en la producción. Las celdas tienen una estructura simple, que consta de dos electrodos y un electrolito que contiene yodo . Un electrodo consta de dióxido de titanio (TiO 2 ) altamente poroso y saturado con colorante depositado sobre un sustrato conductor de electricidad transparente. El otro electrodo es simplemente un sustrato conductor de electricidad transparente. El funcionamiento de una célula suele compararse con la fotosíntesis , ya que ambos procesos utilizan una reacción redox que tiene lugar en un electrolito. La eficiencia de conversión de energía en la celda aún no ha alcanzado el nivel de las celdas solares de silicio. En la actualidad, es alrededor del 10%. Teóricamente, es posible alcanzar un nivel del 33%.
La luz del sol entra a través de un electrodo de vidrio saturado de tinte eléctricamente conductor , donde es absorbida. Cuando un colorante absorbe luz, uno de los electrones de su molécula cambia del estado fundamental al estado excitado . Este fenómeno se denomina " fotoexcitación ". El electrón excitado pasa del colorante a la banda de conducción del TiO 2 . La transición es muy rápida; tarda sólo 10 −15 segundos. En TiO 2 , el electrón se difunde a través de la película de TiO 2 , llega al electrodo de vidrio y luego fluye por el conductor hacia el segundo electrodo. La molécula de tinte se oxida con la pérdida de un electrón . La restauración de la molécula de colorante a su estado original ocurre al recibir un electrón del ion yoduro , convirtiéndolo en una molécula de yodo , que a su vez se difunde al electrodo opuesto, recibe un electrón de este y nuevamente se convierte en un ion yoduro. De acuerdo con este principio, una celda solar sensibilizada por color convierte la energía solar en una corriente eléctrica que fluye a través de un conductor externo.
Como alternativa a la energía fotovoltaica inorgánica tradicional, las células solares sensibles al color utilizan una capa de partículas encapsuladas combinadas con un líquido iónico altamente conductor . Los líquidos iónicos , que muestran una alta eficiencia de conversión cuando se utilizan en estas nuevas células solares, son térmica y químicamente inestables y pueden perder eficiencia. Pero investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (Suiza) han logrado el éxito utilizando tetracianoborato de 1-etil-3-metilimidazolio (EMIB(CN) 4 ) como un nuevo líquido iónico estable, alcanzando un nivel de eficiencia de conversión de energía del 7% bajo iluminación completa. incluso después del envejecimiento térmico o ligero.
Para confirmar la estabilidad química y térmica de sus células solares, los investigadores expusieron el dispositivo a 80 °C en la oscuridad durante 1000 horas y luego lo expusieron a la luz a 60 °C durante las mismas 1000 horas. Después de calentar en la oscuridad ya la luz, se retuvo el 90 % de la eficiencia fotovoltaica original; es la primera vez que se observa una estabilidad térmica tan excelente para un electrolito iónico líquido con una alta eficiencia de conversión. A diferencia de las células solares de silicio, cuyo rendimiento disminuye con el aumento de la temperatura, las células solares sensibles al color experimentan solo un ligero cambio cuando su temperatura aumenta de la temperatura ambiente a 60 °C.
La tecnología de células solares de película delgada que utilizan TiO 2 , a partir de la cual es posible fabricar células solares mucho más potentes y económicas para su uso en el mercado de masas.