Tanto las células solares como las plantas obtienen energía de la luz solar. Las células solares fotovoltaicas recogen la luz solar y la transforman en electricidad. Las hojas de las plantas recogen la luz solar y la convierten en energía química almacenada. Tanto las células solares como las plantas están haciendo el mismo trabajo, pero lo hacen de diferentes maneras. Sin embargo, existen similitudes entre los dos enfoques. Un tipo de célula solar está incluso diseñado para ser lo más similar posible a la fotosíntesis.
Energía de la luz
La energía de la luz solar se presenta en pequeños paquetes llamados fotones. Cada uno de los fotones transporta una pequeña cantidad de energía. La energía de un fotón azul es más alta que la energía de un fotón rojo. Eso es importante porque tanto las células solares como las plantas solo pueden absorber la luz solar si la energía es la adecuada. Cuando un material absorbe la luz solar, los fotones de la luz transfieren su energía a los electrones del material. Los electrones solo pueden absorber energía en un rango estrecho, por lo que un electrón dado solo podrá aceptar energía de fotones de colores específicos en el espectro de luz.
La energía de fotones adecuada
Tanto las plantas fotovoltaicas como las fotosintéticas están configuradas para absorber fotones. En la fotosíntesis, la evolución ha producido clorofila, una molécula que absorberá la luz solar más brillante. Para la energía fotovoltaica, los ingenieros han diseñado cristales donde los electrones pueden usar solo la cantidad de energía contenida en los fotones de la luz solar. En ambos casos, los fotones son absorbidos por electrones, que absorben la energía extra. Un electrón con energía extra se llama electrón excitado o electrón en estado excitado.
Manejo de electrones excitados
Tanto la planta como las células solares deben manejar los electrones excitados rápidamente, antes de que cedan su energía y vuelvan a donde estaban antes de absorber sus fotones. En la fotosíntesis, el problema se resuelve moviendo el electrón de una molécula a otra hasta que se asienta en una molécula que puede almacenar energía durante mucho tiempo. En la energía fotovoltaica, los electrones excitados se trasladan a un circuito, donde ejecutan algo de inmediato o se envían a una batería para su almacenamiento.
Células sensibilizadas con colorante
Existe un tipo de célula fotovoltaica no estándar que intenta copiar la forma en que funciona la fotosíntesis. En lugar de mover un electrón lo más rápido posible a través de un cristal de átomos idénticos, la célula solar sensibilizada por colorante absorbe energía en una molécula de tinte, luego transfiere el electrón excitado a otro material ubicado adyacente al tinte molécula. Eso evita que el electrón pueda perder su energía inútilmente. Cuando se conecta a un circuito, el electrón se abre paso a través del segundo material sin demasiado peligro de perder su energía.