染料敏化太阳能电池的历史可追溯至19世纪早期的照相术。1837年，Daguerre制作了世界上第一张照片，然而，两年后Fox Talbot虽将卤化银用于照片制作，但由于卤化银的禁带宽度限制，无法有效响应长波可见光，导致相片质量提升有限。1883年，德国的Vogel发现有机染料能够使卤化银乳状液对更长波长敏感，这是染料敏化效应的首次报道。这一发现使得有机染料分子扩展了卤化银照相材料对可见光的响应范围，甚至包括红光和红外区域，推动了“全色”宽谱黑白胶片和彩色胶片的发展。
1887年，Moser将染料敏化效应应用到卤化银电极上，从而将这一概念从照相领域扩展至光电化学。1964年，Namba和Hishiki的发现表明，同一种染料在照相和光电化学中都表现出效用，但当时并未明确其机制。直到20世纪60年代，Tributsch在德国的研究揭示了染料吸附在半导体上并在特定条件下产生电流的原理，揭示了光电子从染料基态跃迁至激发态并注入半导体导带的过程，为光电化学电池的研究奠定了基础。
然而，早期的光电化学电池因采用致密半导体膜，染料吸附量有限，导致转化效率低。为提高效率，人们尝试使用分散的颗粒或大表面积电极，但效果并不理想。1988年，Grätzel小组采用基于Ru的染料和粗糙度为200的多晶二氧化钛薄膜，结合Br2/Br-氧化还原电对，首次在单色光下实现了12%的转化效率。1991年，Grätzel在O’Regan的启发下，利用大比表面积的纳米TiO2颗粒，电池效率跃升至7.1%，这一突破性进展标志着染料敏化太阳能电池领域的重要进展。
可以说，纳米技术的引入极大地推动了染料敏化太阳能电池的发展，使其效率不断提高，为太阳能利用开辟了新的可能。
染料敏化太阳电池主要是模仿光合作用原理，研制出来的一种新型太阳电池，其主要优势是：原材料丰富、成本低、工艺技术相对简单，在大面积工业化生产中具有较大的优势，同时所有原材料和生产工艺都是无毒、无污染的，部分材料可以得到充分的回收，对保护人类环境具有重要的意义。自从1991年瑞士洛桑高工（EPFL）M. Grtzel教授领导的研究小组在该技术上去的突破以来，欧、美、日等发达国家投入大量资金研发。