Принципы работы. 
Цвето-сенсибилизированные солнечные элементы

Процессы работы ЦССЭ довольно просты, как показано на схеме на рис. 4. Основная идея заключается в разделении процесса поглощения света от процесса сбора заряда, имитируя процедуру поглощения естественного света в фотосинтезе путем сочетания цветовых сенсибилизаторов с полупроводниками. Для большинства ЦССЭ устройств I-/I3- пара часто используется в качестве окислительно-восстановительного челнока.

Поглощение солнечного света и электронное возбуждение

Фотоны энергии солнечного света бьют в батарею, проникают в слой красителя, так как слои ИЛОО, стеклянная подложка и нанокристаллы TiO₂ прозрачны для видимого света. Когда энергия фотона приближается к энергетической щели молекулы красителя, а именно, разность энергий высшей занятой молекулярной орбитали (ВЗМО) и низшей вакантной молекулярной орбитали (НВМО), она будет поглощен красителем, продвигая электрон от ВЗМО к НВМО. Для эффективности, как правило, требуется, чтобы ВЗМО красителя находилась в энергетической щели полупроводника и НВМО лежала в пределах зоны проводимости полупроводника.

Электронно-дырочное разделение, инжекция и сбор электронов

Возбужденный электрон вводится в зону проводимости полупроводника через межфазные связи между красителем и TiO₂, затем транспортируется и, наконец, собирается электродом ИЛОО (анодом). С другой стороны, отверстие, созданное фотонным возбуждением остается на молекуле во течение всего этого процесса, так как ВЗМО красителя отделен от всех других энергетических уровней устройства.

Окислительно-восстановительная реакция на границе красителя и электролита и на противоположно-заряженном электроде

Не существует энергетического канала для дыры диффузии в фото-анод TiO₂. В результате электроны из ионов электролита, которые проводят ток между катодом и молекулой красителя, в итоге заполняют дыру. В то же время, сокращение окисленного красителя иодидом выделяет трийодид. Трийодид диффундирует к противоположно-заряженному электроду и принимает электроны от внешней нагрузки, регенерируя йодиды.