Die Grätzelzelle ist ein fotochemischer Energiewandler. Sie wandelt Lichtenergie über eine Elektronen/Loch-Paarbildung in elektrische Energie um. Wie bei der Fotosynthese ist ein Farbstoff (hier: Anthocyane) der Elektronendonator. Die hier durch Licht ausgeschlagenen Elektronen werden über einen Halbleiter TiO₂ (n-Halbleiter) weitergeleitet und schließlich über einen äußeren Stromkreis und einer Redoxreaktion mit Iodid/Iod bewegt.

Anregung: 2 Fs + h ×f            2 Fs* 

Das angeregte Farbstoffmolekül (Fs*) überträgt  Elektronen in das Leitungsband in das Leitungsband des TiO₂.

2 Fs* + 2 TiO₂             2  Fs ox + 2 (TiO₂)+ + 2 e^-

An der Anode entstehendes atomares Iod wird molekular (I₂) und reagiert mit Iodid-Ionen zu I₃^-. Diese werden wieder an der Kathode zu 3 I^-  regeneriert.

Modell einer Grätzelzelle

Zwei gleich große Graetzelzellen im Vergleich, rechts mit Ploypyrrol beschichtete Kathode, links nur mit ITO Glas als Kathode. Die Zelle mit Polypyrrol ergab eine um den Faktor 10 größere Stromstärke.

Verschiedene Elektroden: links Kathoden, rechts Anoden mit Farbstoff auf Titandioxid