da,güneş ışığı bir elektronu düşük enerjiden yüksek enerjiye itmek için yeteri kadar enerji sağlayabilir(iletim bandı).İsmininde vurguladığı gibi iletim bandındaki elektronlar silikonda hareket etmek için serbestirler. Bir yük hücreye yerleştirildiğinde bu elektronlar p-türden n-türe akacaktır (harici devredeb geçerken enerji kaybedecektir) ve sonra arkalarında bıraktığı değerlik elektron yeriyle yeniden birleşebileceği p-türüne geri akacaktır.Bu yolla güneş ışığı harici bir akım yaratacaktır.

Herhangi bir yarı iletkende, boşuk bandı belirli bir enerji ya da daha fazla enerjiye sahip olan fotonların akıma katkı sağlayabileceği anlamına gelir.Silikon durumunda, kırmızıdan mora kadar görünür ışığın büyü çoğunluğu bunu yapamak için yeterli enerjiye sahiptir. Ne yazık ki mavi ve mor spektrumlarının sonunda olan yüksek enerjili fotonlar bu bandı geçmek için çok daha fazla enerjiyee sahiptir. Fazla enerjilerinin elektronlara aktarılmasına rağmen bu enerjinin çoğu ısı enerjisi olarak atılır.Foton yakalamak için uygun bir ihtimal de n-tür katmanın fazlasıyla kalın olmasıdır.Bu aynı zamanda fırlatılan elektronun bir maddedeki eletronun p-n kesişimine ulaşmadan elektron deliğine ulaşma şansını artırır. Bu etki silicon güneş pilnin verimliliğinde genel birimler için yüzde 12 den 15 e kadar en iyi laboratuvar hücreleri için yüzde 25 e kadar(teorik olarak maksimum tek bant güneş pil için maksimum verim yüzde 30 civarındadır(Shockley–Queisser limit) )bir üst limit oluşturur.

Şimdiye kadar geleneksel ykalaşımla ilgili olan problem maliyettir; güneş hücreleri belirli bir oranda foton yakalayabilmek için kalın katmanlı silikon tabakalarına ihtiyaç duyarlar ve silikon aşaması pahalı bir aşamadır.Son on yıldır bu maliyeti azaltmak için yapılan birçok çalışma vardır fakat pratik problemler yüzünden bu zamana kadar birçok sınırlı uygulama görülmüştür. . Bu hücreler çok yüksek maliyetli ve sadece büyük ticari dağıtımlar için uygun olmasına rağmen bir başka araştırma çizgisi, çoklu birleşim yaklaşımıyla verimliliği artırmıştır. Maliyetler nedeniyle artan arz biraz düşmüş olsa da genel anlamda çatı dağıtımı için uygun hücre tipleri, verimliliği önemli ölçüde değişmemiştir.

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 (SnO:F).Bu iletken plakanın arkası yüzünde ince bir tabakası olan titanyum dioksit(TiO ) oldukça gözenekli bir yapıyı oluşturan yüzey alanına sahiptir..TiO 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 TiO ‘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 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 TiO nanotaneciklerden oluşur.Uyarılan boya ışık emiliminden sonra elektornlarıTiO‘ye enjekte eder.Enjekte edilmiş elektronlar iletkeb oksit (TCO)nun ön kenarlarında toplanan parçacıklar boyunca yayılırken I/I redoks indirgenmesi aracılığıyla yenilenir.Karşı elektrotun yükseltgenmiş yayılımı devreyi tamamlar.

DSSC’de olan ana aşamalar

Step 1:Aşağıdaki temel adımlar fotonu akıma dönüştürür:
1. Gelen foton adsorbe edilen complex Ru fotosantizerleri tarafından TiO2 yüzeyi üzerinde emilir.

2. Fotosansitizerler temel halden(S) uyarılmış hale(S) geçmek için uyarılırlar.Uyarilmiş elektronlar TiO elektrotunun iletken bandına enjekte edilir.Bu durum fotosansitizierlerin (S) yükseltgenmesiyle sonuçlanır.

3. TiO’ nin iletken bandına enjekte edilmiş elektronlar The injected TiO nano parçacıkarı arasında TCO)’ye doğr yayılarak taşınır. Ve son olarak elektron devresi üzerinden karşı elektrot ulaşır.

4. Yükseltgenmiş fotosansitizerler (S) redoks aracılığıyla temel halin(S) ve I yükseltgenmesine yol açan I iyonundan elektron kabul ederler .

5. Yükseltgenmiş redoks aracı, I, karşı elektrorata doğru yayılır ve iyonuna indirgenir.

DSSC’nin vermililiği bileşenin dört enerji seviyesine bağlıdır;uyarılmış hal(yaklaşık olarak LUMO), fotosansitizierlerin temel haline(HOMO), TiO elektrotunun Fermi seviyesine ve bir elektrottaki aracının (I/I) redoks potansiyeline.

DSSC de elektrotlar toplaşık yarı iletken nano parçacıklardan oluşur ve başlıca parçacık TiO ya da ZnO. Bu nanoparçacıklar yarı iletken boyunca sınırlanmış difüzyona dayanır.Bu limit aracın verimliliğidir çünkü bu yavaş iletim mekanizmasıdır.Yeniden birleşim radyasyonun uzun dalga boylarında olma ihtimali dah yüksektir.Ek olarak nanoparçacıkları katılaştırmak 450 °C gibi bu parçacıkların imalinin dayanıklı hale gelmesini sağlayan yüksek bir sıcaklık gerektirir.Eğer toplanmış parçacıklı elektrot özel dizayn edilmiş nanoplant_like içeren bir elektrottla değiştirildiğinde DSSC’nin veriminde bir artış olduğu kanıtlanmıştır.

Güneş ışığı hücreye saydam SnO:F tabaksanın üsütnden girer ve TiO’nin yüzeyindeki boya moleküllerine çarpar.Boyaya çarpan elektronlar direkt olarak TiO.’nin iletken bandına enjekte edilebilen uyarılmış elektronların enerjisine sahip olur. Buradan elektron yoğunluğunun sonucu olarak difüzyonla üstteki temiz kısımıa anota hareket eder.

Bu arada, boya molekülleri elektron kaybeder ve eğer elektron sağlanmazsa molekül ayrışır.Boya bir elektronunu the TiO2’nin altındaki iyottan iyodu triiyodüre yükseltgeyerek alır. Bu reaksiyon güneş hücresinde olan enjekte edilmiş elektronun yeniden birşelmesi için geçen süreden daha az zaman alır. 
Daha sonra triiyodür kayıp elektronunu yeni devre boyunca hareket eden elektronu hücreye yeniden tanıştıran karışı elektrot alan alt hücreye difüzyon yaparak elde eder.

Birçok önemli tedbirler güneş hücreleri karakterize etmek için kullanılır. En belirgin olan hücre üzerinde parlayan güneş enerjisi belirli bir miktarı için üretilen elektrik gücün toplam miktarıdır. Yüzde olarak ifade edildiğinde, bu" güneş dönüşüm verimi" olarak bilinir. Elektrik güç akım ve gerilimin ürünüdür, bu nedenle bu ölçümler için maksimum değerleri sırasıyla,hem Jsc ve Voc önemlidir. Son olarak, temel fiziği anlamak amacıyla, "kuantum etkinliği" (belli bir enerji), bir fotonun bir elektron yaratma şansını karşılaştırmak için kullanılır.

Kuantum verimliliği terimlerinde, DSSC’ler son derece verimlidir çünkü nano yapılarındaki derinlikleri bir fotonu absorbe etme için çok yüksek şansa sahiptir ve boyalar elektronları dönüştürmek için çok etkilidir. DSSC’deki birçok elektron kayıpları temiz elektrotta ve ya da elektrotun önündeki optiksel kayıptandır. Yeşil ışık için genel kuantum verimliliği "% 10 büyük ölçüde üst elektrot olarak optik kayıpları neden olur bu yüzden yaklaşık% 90’dır. Geleneksel tasarımları kuantum verimliliği kendi kalınlığına bağlı olarak değişir ama DSSC ile hemen hemen aynıdır.

Solar aydınlatma koşulları (Voc) altında, Teorik olarak, bu tür bir hücre tarafından üretilen maksimum gerilim arasındaki fark sadece TiO of Fermi sevi