Както слънчевите клетки, така и растенията събират енергия от слънчевата светлина. Фотоволтаичните слънчеви клетки събират слънчевата светлина и я превръщат в електричество. Растителните листа събират слънчевата светлина и я превръщат в съхранена химическа енергия. Както слънчевите клетки, така и растенията вършат една и съща работа, но я правят по различни начини. Има обаче прилики между двата подхода. Един тип слънчеви клетки дори е проектиран да бъде максимално подобен на фотосинтезата.
Енергия от светлина
Енергията в слънчевата светлина идва като малки парцели, наречени фотони. Всеки фотон носи малко частица енергия. Енергията на син фотон е по-висока от енергията на червен фотон. Това е важно, тъй като както слънчевите клетки, така и растенията могат да абсорбират слънчевата светлина само ако енергията е подходяща. Когато материалът абсорбира слънчевата светлина, фотоните в светлината пренасят своята енергия към електрони в материала. Електроните могат да абсорбират енергия само в тесен диапазон, така че даден електрон ще може да приема енергия само от фотони със специфични цветове в светлинния спектър.
Правилната фотонна енергия
Както фотоволтаиците, така и фотосинтетичните растения са настроени да абсорбират фотони. При фотосинтезата еволюцията е произвела хлорофил, молекула, която ще абсорбира най-ярката слънчева светлина. За фотоволтаиците инженерите са проектирали кристали, при които електроните могат да използват точно количеството енергия, съдържащо се в фотоните на слънчевата светлина. И в двата случая фотоните се абсорбират от електрони, които поемат допълнителната енергия. Електрон с допълнителна енергия се нарича възбуден електрон или електрон в възбудено състояние.
Работа с възбудени електрони
Както растителните, така и слънчевите клетки трябва да се справят бързо с възбудени електрони, преди да се откажат от енергията си и да се върнат там, където са били, преди да поемат своите фотони. При фотосинтезата проблемът се решава чрез преместване на електрона от една молекула в друга, докато той се установи в молекула, която може да съхранява енергия за дълго време. При фотоволтаиците възбудените електрони се отвеждат във верига, където те веднага пускат нещо или се насочват в батерия за съхранение.
Чувствителни към багрила клетки
Има нестандартен тип фотоволтаични клетки, които се опитват да копират начина, по който работи фотосинтезата. Вместо да движи електрон възможно най-бързо през кристал от еднакви атоми, чувствителната към багрилото слънчева клетка абсорбира енергията в молекулата на багрилото, след което прехвърля възбудения електрон в друг материал, разположен в съседство с багрилото молекула. Това пречи на електрона да може да загуби енергията си безполезно. Когато е свързан към верига, електронът си проправя път през втория материал без твърде голяма опасност да загуби енергията си.