Mezoskopske solarne ćelije osetljive na boju (DSC) izmislili su 1990-ih Brian O’Regan i Michael Gratzel, preuzimajući ime potonjeg – svetski poznate ćelije Gretzel. DSC pretvaraju svetlost u električnu energiju preko fotosenzibilizatora — jedinjenja za bojenje koja apsorbuju svetlost i ubrizgavaju elektrone u niz oksidnih nanokristala koji se zatim sakupljaju kao električna struja.
U DSC-ima, fotosenzibilizatori su pričvršćeni („adsorbovani“) na površinu nanokristalnih mezoporoznih filmova titanijum dioksida koji su upijani redoks aktivnim elektrolitima ili čvrstim materijalom za prenos naelektrisanja—ceo dizajn ima za cilj da generiše električnu energiju pomeranjem elektrona od fotosenzibilizatora prema električni izlaz kao uređaj ili jedinica za skladištenje.
DSC su providni, mogu se proizvoditi u više boja po niskoj ceni i već se koriste u krovnim prozorima, staklenicima, kao i staklenim fasadama, kao što su one koje krase SvissTech Convention Center. Pored toga, lagane fleksibilne verzije DSC-a sada se komercijalno prodaju u velikim razmerama za električno napajanje prenosivih elektronskih uređaja kao što su slušalice i e-čitači, kao i na Internetu stvari korišćenjem ambijentalnog svetla.
Nedavni napredak u fotosenzibilizatorima i drugim komponentama DSC-a poboljšao je performanse DSC-a i pod sunčevom sunčevom svetlošću i pod uslovima ambijentalnog svetla. Ali ključ za poboljšanje efikasnosti DSC leži u razumevanju i kontroli montaže molekula boje na površini filmova nanočestica titanijum dioksida koji favorizuju stvaranje električnog naboja.
Jedna metoda je kosenzibilizacija, pristup hemijskoj proizvodnji koji proizvodi DSC sa dve ili više različitih boja koje imaju komplementarnu optičku apsorpciju. Kosenzibilizacija je pomerila efikasnost konverzije snage DSC-a prema vrednostima svetskih rekorda jer može da kombinuje boje koje mogu da apsorbuju svetlost iz celog svetlosnog spektra. Bez obzira na to, kosenzibilizacija se takođe pokazala neefikasnom u nekim slučajevima jer pronalaženje pravih parova boja koji mogu postići visoku apsorpciju svetlosti i efikasnost konverzije energije zahteva mukotrpan molekularni dizajn, sintezu i skrining.
Sada su naučnici iz grupa Gratzel i Anders Hagfeldt sa EPFL-a razvili način poboljšanja pakovanja dva novodizajnirana fotosenzibilizatorna molekula boje kako bi poboljšali fotonaponske performanse DSC-a. Zajedno, novi fotosenzibilizatori mogu kvantitativno sakupljati svetlost u celom vidljivom domenu. Nova tehnika uključuje prethodnu adsorpciju monosloja derivata hidroksaminske kiseline na površini nanokristalnog mezoporoznog titanijum dioksida. Ovo usporava adsorpciju dva senzibilizatora, omogućavajući formiranje dobro uređenog i gusto zbijenog sloja senzibilizatora na površini titanijum dioksida.
Ovim pristupom, tim je bio u mogućnosti da razvije DSC sa efikasnošću konverzije snage od 15,2% po prvi put pod standardnom globalnom simuliranom sunčevom svetlošću, sa dugotrajnom operativnom stabilnošću testiranom tokom 500 sati. Povećanjem aktivne površine na 2,8 cm2, efikasnost konverzije energije je iznosila 28,4%—30,2% u širokom opsegu intenziteta ambijentalnog svetla, uz izuzetnu stabilnost.
