Suiza

La celda solar Graetzel también conocida como célula solar sensibilizada por colorante produce electricidad mediante un principio foto-electro-químico, cambiando la energía lumínica en energía eléctrica. Son celdas solares de bajo costo pertenecientes a las células solares de películas finas. Esta se conforma de un semiconductor formado entre un ánodo foto sensible y un electrolito. La celda tiene propiedades bastante atractivas ya que además de ser de bajo costo, es muy fácil de crear, semiflexible, semitransparente o incluso transparente totalmente en aquellas diseñadas últimamente. En la práctica el uso de esta celda muestra ciertos inconvenientes como son el desgaste del electrolito o el ánodo en el uso a ciertas condiciones ambientales. Sin embargo, aunque su eficiencia de conversión de energía es menor que la de los paneles solares basados en silicio, estos presentan una mejora en cuestión de precio de fabricación, por lo que se convierte en un mejor candidato de distribución en masa. En la Unión Europea se busca hacer uso mayoritario de este tipo de energías renovables para el 2020.

La versión moderna de la celda Graetzel fue originalmente co-inventada en 1988 por los químicos Brian O'Regan, estadounidense, y Michael Grätzel, suizo, en la UC Berkeley y este trabajo fue desarrollado más tarde por los científicos mencionados en la École Polytechnique Fédérale de Lausanne hasta la publicación del primer DSSC de alta eficiencia en 1991. Michael Grätzel ha sido galardonado en 2010 con el Premio de Tecnología del Milenio por esta invención.

Después de haber perdido un electrón la molécula del tinte se encuentra oxidada, es decir, tiene un electrón menos que antes. La molécula del tinte recupera su estado inicial cuando el electrón es reinyectado a través del electrodo simple. De esta manera el proceso se transforma en un ciclo que genera una corriente eléctrica.

En el caso del diseño original la celda contenía tres partes primarias. En la parte superior de una placa hay un ánodo transparente hecho con flúor dopado de dióxido de estaño (SnO₂.F), en la parte trasera de la placa se encuentra una capa delgada de dióxido de titanio (TiO₂) la cual conforma una estructura altamente porosa que cubre una gran área superficial. El TiO₂ es capaz de absorber una fracción de los fotones emitidos por el sol (aquellos con una longitud de onda perteneciente la UV). Posteriormente se sumergen en un colorante fotosensible (originalmente rutenio-polipiridina) y un solvente. Después de un tiempo una parte del colorante se queda enlazado covalentemente a la superficie de TiO₂. Otra placa se cubre con un electrólito de Iodo encima de una capa conductora, típicamente un metal de platino (el cuál funciona como catalizador). Ambos electrodos se sellan para prevenir fugas del electrolito. De esta manera el TiO₂ es capaz de transformar la energía UV en energía eléctrica. El dióxido de titanio se ha convertido como el semiconductor por excelencia en esta área. Este compuesto tiene muchas ventajas para sensibilizar foto químicamente y foto electroquímicamente. Es un material de bajo costo, fácil de obtener, no es tóxico y es biocompatible.

El funcionamiento de estas celdas se puede resumir en las siguientes tres etapas:

1. Interacción entre el sol y la sustancia colorante.
2. Interacción entre la sustancia colorante y el semiconductor.
3. Retorno de los electrones a la celda para completar el circuito eléctrico.

La luz solar entra a través de la placa transparente de SnO2-F interactuando con el colorante. El colorante absorbido sobre la capa del material semiconductor (TiO₂) interactúa con la luz visible proveniente del sol. Algunos electrones perteneciente al colorante reciben un cantidad de energía tal que les permite desplazarse entre el sistema. De esta manera los electrones son inyectados directamente en la banda de conducción del dióxido de titanio, de donde por difusión estos se desplazaran hacia el cátodo. Finalmente los electrones se dirigen hacia el electrodo positivo (catalizador) en donde son transportados por la solución electrolítica de vuelta al colorante para así recuperar su estado inicial.