As pilhas ou células solares são dispositivos elétricos /eletrônicos que convertem energia luminosa em energia elétrica. Existem também uma variação delas chamada Células Fotoeletroquímicas, que usam a energia luminosa para promover alguma reação química.

Saber como uma célula solar funciona evita erros durante sua fabricação, caso você queira fazer uma pilha solar caseira. Embora a base teórica não seja o ponto principal, é essencial para o aprendizado eficiente.

Uma Célula Solar Sensibilizada por Corante é composta por eletrodos (catodo e anodo), que são polos necessários para a movimentação dos elétrons e obtenção de energia. Os eletrodos da Célula Solar Sensibilizada por Corante são feitos de um material semicondutor chamado Transparent Conductive Oxide (TCO). O TCO é composto por uma fina camada de Flúor/ Óxido de Estanho Dopado, e também é chamado de FTO (Flourine-Doped Tin Oxide). A transparência do material permite que a luz do sol penetre na célula, e que seu lado condutivo faça o devido trabalho.

O polo negativo da célula é o anodo. É composta por uma rede de nanopartículas de Dióxido de Titânio sintetizado. Esta rede oferece uma profundidade maior de trabalho, melhor do que uma área de superfície, e obviamente mais eficiente.

O Dióxido de Titânio é um semicondutor transparente que não é sensível à luz. As partículas de titânia devem ser sensibilizadas com uma camada de moléculas de corante para que assim possam absorver a luz do espetro visível. Corantes naturais podem ser usados, mas não possuem a mesma eficiência de corantes artificiais.

O efeito fotovoltaico consiste em separar os elétrons de seus “buracos”. Naturalmente, os elétrons insistem em voltar para seus buracos, e é a partir do percurso das partículas supracitadas que nasce a energia solar. Na célula solar, a separação ocorre no anodo, onde a luz incide sobre o Dióxido de Titânio sensibilizado. As partículas, então excitadas, irão desprender alguns elétrons e deixar os buracos. O elétron percorre então um circuito externo, produzindo uma corrente.

Após a conclusão do percurso. O elétron está de volta para a molécula de Dióxido de Titânio. Então o ciclo pode ser novamente repetido, gerando um fluxo contínuo.