Boyaya duyarlı güneş pilleri
Boya duyarlı güneş hücreleri

1960'ların sonlarında ışıklı organik boyalar elektrokimyasal hücrelerde oksit elektrotlar elektrik üretebilen olduğu ortaya çıktı. Fotosentez birincil süreçleri anlamak ve simüle etmek için ıspanaktan alınan klırofil ile Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi'nde çalışıldı. Boyaya duyarlı güneş pilleriyle elektrik üretimi deneyleri  1972 yılında gösterilmiş ve tartışılmıştır. Boyaya duyarlı güneş hücrelerinin karasızlığı başlıca  zorluk olarak tanımlanmıştır. Bu etkinlik  yirmi yıl boyunca  ince oksit tozundan hazırlanmış elektrotun gözenekliliğini optimize ederek geliştirilebilirdi fakat kararsızlık bir problem olarak kaldı.  Modern bir DSSC klorofil yeşil yapraklar gibi güneş ışığı emen bir molekül bir boya ile kaplanmış titanyum dioksit nanopartikül s gözenekli bir tabakadan  oluşmaktadır. Titanyum dioksit  plantinyum tabanlı bir katalizörlü elektrolit solüsyonuna altına batırılır. Geleneksel alkalin pilinde olduğu gibi, bir anot (titanyum dioksit) ve bir katot (platin) bir sıvı iletkenin (elektrolit) her iki tarafına yerleştirilir.
Güneş ışığı daha sonra elektronları uyarıp titanyum dioksite akmasını sağlayan boya tabakasından geçer. Elektronlar bir yükü oluşturmak için toplandıkları saydan elektrota doğru akarlar. Harici devres içinde aktıktan sonra, arkada bir metal elektrot üzerindeki hücre içine yerleştirilir.Daha sonra elektrot elektronları boya molekülüne geri taşır.
Boya tabanlı güneş pilleri geleneksel bir hücrede silikon tarafından sağlanan iki fonksiyonu ayırır.Normalde silikon fotoelektron ve akım oluşturmak için yükleri ayırarak elektrik alan sağlar.Boya duyarlı güneş pillerinde, yarı iletken gövdesi sadece yük taşınması için kullanılır, fotoelektronlar ayrı fotosentetif boyadan sağlanır.Yük ayrılması boyanın yarı iletkenin ve elektronun yüzeyleri arasında olur.
Boya molekülleri oldukça küçüktür bu yüzden gelen ışınları yakalamak için boya tabakası moleküllerin kendi kalınlığından çok daha fazla kalın yapılmalıdır Bu sorunu çözmek için, bir nano malzeme hücrenin herhangi bir yüzey alanı için molekül sayısının artırılması, bir 3-D matris içindeki boya moleküllerinin çok sayıda tutmak için bir iskele olarak kullanılır. Mevcut tasarımlarda, bu çift iskele görevi gören yarı iletken malzeme tarafından sağlanır
Grätzel  ve Brian O'Regan dizaynında hücre üç ana bölümden oluşur. Üzerinde florür katkılı malzemeden yapılmış bir saydam anot olan kalay (SnO2:F).Bu iletken plakanın arkası yüzünde ince bir tabakası olan titanyum dioksit(TiO 2) oldukça gözenekli bir yapıyı oluşturan yüzey alanına sahiptir..TiO2  sadece küçük yüzdeyle güneş fotonları absorbe eder.
Plaka daha sonra bir ışığa duyarlı  bir priding boya karışımı içine daldırılır. (bu karışım aynı zamanda molekül duyarlayıcı olarak adlandırlır ve bir çözücüdür.Film boyaya batırıldıktan sonra, kalın bir boya tabakası kovalent bağlı olarak TiO2 ‘nun yüzeyinde kalır.
Ayrı bir plaka daha sonra tipik haliyle platin metali üzerine yayılmış  iyodür elektroliti yayılmış ince bir tabaka ile yapılır. İki plaka daha sonra kat ve sızmasını önlemek için elektrolit birliktebirleştirilmiş kapatılmıştır.İnşaası hobi malzemeleriyle el yapımı olarak yapılacak kadar basittir.   "ileri" malzemeler kullanılmasına rağme  bunlar normal hücreler için gerekli silikona göre ucuzdur çünkü ancak hiçbir pahalı imalat adımlarını gerektirmezler.Örneğin; TiO 2  yaygın bir boya baz olarak kullanılır.
Etkili DSC cihazlarında rutenyum bazlı boya kullanılır.Örneğin,[Ru (4,40-dikarboksi-2,20-bipiridin) 2 (NCS) 2] (N3 karboksilat parçaları üzerinden foton anoduna bağlıdırFoton anodu 12 mikron kalınlığında film, 10-20 nm çapında TiO, 4mikron kalınlığında 400 nm çapındaki elektronların saydam elektrota geri yayılmasını sağlayan parçacıklardan daha büyük TiO2  nanotaneciklerden oluşur.Uyarılan boya ışık emiliminden sonra elektornlarıTiO2‘ye enjekte eder.Enjekte edilmiş elektronlar iletkeb oksit (TCO)nun ön kenarlarında toplanan parçacıklar boyunca yayılırken I3/I redoks indirgenmesi aracılığıyla yenilenir.Karşı elektrotun yükseltgenmiş yayılımı devreyi tamamlar.