Nii päikesepatareid kui ka taimed koguvad päikesevalgusest energiat. Fotogalvaanilised päikesepatareid koguvad päikesevalgust ja muudavad selle elektriks. Taimlehed koguvad päikesevalgust ja muudavad selle salvestatud keemiliseks energiaks. Nii päikeseelemendid kui ka taimed teevad sama tööd, kuid teevad seda erineval viisil. Nende kahe lähenemise vahel on siiski sarnasusi. Üht tüüpi päikesepatareid on kavandatud isegi fotosünteesiga võimalikult sarnaseks.
Energia valgusest
Päikesevalguse energia tuleb väikeste pakkidena, mida nimetatakse footoniteks. Iga footon kannab väikest energiat. Sinise footoni energia on kõrgem kui punase footoni energia. See on oluline, sest nii päikesepatareid kui ka taimed suudavad päikesevalgust neelata vaid siis, kui energia on õige. Kui materjal neelab päikesevalgust, edastavad valguses olevad footonid oma energiat materjalis olevatele elektronidele. Elektronid suudavad energiat neelata ainult kitsas vahemikus, nii et antud elektron suudab energiat vastu võtta ainult valgusspektris olevate konkreetsete värvidega footonitest.
Õige footoni energia
Nii fotogalvaanilised kui ka fotosünteetilised seadmed on loodud footonite neelamiseks. Fotosünteesis on evolutsioonist tekkinud klorofüll - molekul, mis neelab kõige eredamat päikesevalgust. Fotogalvaanika jaoks on insenerid välja töötanud kristallid, kus elektronid saavad kasutada vaid päikesevalguse footonites sisalduvat energiakogust. Mõlemal juhul neelavad footonid elektronid, mis võtavad lisaenergia. Lisavõimsusega elektroni nimetatakse ergastatud elektroniks või ergastatud olekus olevaks elektroniks.
Erutatud elektronide käsitsemine
Nii taime- kui ka päikesepatareid peavad ergastunud elektronidega kiiresti hakkama saama, enne kui nad loobuvad oma energiast ja lähevad tagasi sinna, kus nad olid, enne kui neelasid oma footonid. Fotosünteesis lahendatakse probleem, liigutades elektroni ühest molekulist teise, kuni see settib molekuli, mis suudab pikka aega energiat salvestada. Fotogalvaanikas visatakse ergastatud elektronid vooluringi, kus nad kas jooksevad kohe midagi või suunatakse hoiustamiseks akusse.
Värviga sensibiliseeritud rakud
On olemas mittestandardset tüüpi fotogalvaanilised elemendid, mis üritavad kopeerida fotosünteesi toimimist. Selle asemel, et elektroni võimalikult kiiresti liikuda läbi identsete aatomite kristalli, värviga sensibiliseeritud päikesepatarei neelab värvi värvi molekulis energiat, seejärel kannab ergastatud elektron teise värviga külgnevasse materjali molekul. See hoiab elektroni kasutult kaotada oma energiat. Vooluringiga ühendatuna pääseb elektron läbi teise materjali, ilma et oleks liiga palju energiat kaotada.