Väriaineherkistetyt aurinkokennot ovat valosähkökemiallisia kennoja , jotka käyttävät valoherkkiä mesohuokoisia oksidipuolijohteita leveällä kaistalla . Nämä solut keksivät vuonna 1991 Gretzel et al., joiden mukaan Gretzel-solulle on annettu nimi .
Tämän tyyppiset aurinkopaneelit ovat lupaavia, koska ne on valmistettu halvoista materiaaleista eivätkä vaadi tuotantoon kehittyneitä laitteita. Kennojen rakenne on yksinkertainen, ja se koostuu kahdesta elektrodista ja jodia sisältävästä elektrolyytistä . Yksi elektrodi koostuu erittäin huokoisesta, väriainekyllästetystä titaanidioksidista ( TiO 2 ), joka on kerrostettu läpinäkyvälle sähköä johtavalle alustalle. Toinen elektrodi on yksinkertaisesti läpinäkyvä sähköä johtava substraatti. Solun toimintaa verrataan usein fotosynteesiin , koska molemmat prosessit käyttävät redox-reaktiota , joka tapahtuu elektrolyytissä. Energian muuntamisen tehokkuus kennossa ei ole vielä saavuttanut piiaurinkokennojen tasoa. Tällä hetkellä se on noin 10 prosenttia. Teoriassa on mahdollista saavuttaa 33 %:n taso.
Auringonvalo pääsee sisään sähköä johtavan, väriaineella kyllästetyn lasielektrodin kautta , missä se imeytyy. Kun väriaine absorboi valoa, yksi sen molekyylin elektroneista muuttuu perustilasta virittyneeseen tilaan . Tätä ilmiötä kutsutaan " valoeksitaatioksi ". Viritetty elektroni siirtyy väriaineesta TiO 2 : n johtavuuskaistalle . Siirtyminen on erittäin nopea; se kestää vain 10–15 sekuntia. TiO 2 :ssa elektroni diffundoituu TiO 2 -kalvon läpi, saavuttaa lasielektrodin ja virtaa sitten johdinta pitkin toiseen elektrodiin. Väriainemolekyyli hapettuu elektronin häviämisen myötä . Väriainemolekyylin palauttaminen alkuperäiseen tilaan tapahtuu vastaanottamalla elektroni jodidi -ionista , muuttamalla se jodimolekyyliksi , joka puolestaan diffundoituu vastakkaiselle elektrodille, vastaanottaa elektronin siitä ja muuttuu jälleen jodidi-ioniksi. Tämän periaatteen mukaan väriherkistetty aurinkokenno muuntaa aurinkoenergian ulkoisen johtimen läpi kulkevaksi sähkövirraksi.
Vaihtoehtona perinteiselle epäorgaaniselle aurinkokennolle, väriherkistetyt aurinkokennot käyttävät kerrosta kapseloituja hiukkasia yhdistettynä erittäin johtavaan ioniseen nesteeseen . Ioniset nesteet , joilla on korkea konversiotehokkuus, kun niitä käytetään näissä uusissa aurinkokennoissa, ovat termisesti ja kemiallisesti epävakaita ja voivat menettää tehokkuutta. Mutta Lausannen liittovaltion ammattikorkeakoulun (Sveitsi) tutkijat ovat saavuttaneet menestystä käyttämällä 1-etyyli-3-metyyli-imidatsoliumtetrasyanoboraattia (EMIB(CN) 4 ) uutena stabiilina ionisena nesteenä, joka saavuttaa 7 %:n energian muunnostehokkuuden täydessä valaistuksessa. jopa lämpö- tai kevyen vanhenemisen jälkeen.
Vahvistaakseen aurinkokennojensa kemiallisen ja lämpöstabiilisuuden tutkijat altistavat laitteen 80 °C:seen pimeässä 1 000 tunniksi ja sitten valolle 60 °C:ssa samojen 1 000 tunnin ajan. Pimeässä ja valossa kuumentamisen jälkeen 90 % alkuperäisestä aurinkosähkötehokkuudesta säilyi - ensimmäistä kertaa niin erinomainen lämpöstabiilisuus on havaittu nestemäisellä ionisella elektrolyytillä, jolla on korkea konversiotehokkuus. Toisin kuin piiaurinkokennot, joiden suorituskyky heikkenee lämpötilan noustessa, väriherkistetyt aurinkokennot kokevat vain vähäisen muutoksen, kun niiden lämpötila nousee huoneenlämpötilasta 60 °C:seen.
TiO 2 :ta käyttävien ohutkalvoaurinkokennojen teknologia , jonka pohjalta voidaan valmistaa huomattavasti tilavampia ja halvempia aurinkokennoja massamarkkinoiden käyttöön.