Les cellules solaires et les plantes récupèrent l'énergie du soleil. Les cellules solaires photovoltaïques captent la lumière du soleil et la transforment en électricité. Les feuilles des plantes recueillent la lumière du soleil et la convertissent en énergie chimique stockée. Les cellules solaires et les plantes font le même travail, mais elles le font de manières différentes. Il existe cependant des similitudes entre les deux approches. Un type de cellule solaire est même conçu pour être aussi similaire que possible à la photosynthèse.
L'énergie de la lumière
L'énergie de la lumière du soleil se présente sous forme de petites parcelles appelées photons. Les photons transportent chacun un tout petit peu d'énergie. L'énergie d'un photon bleu est supérieure à l'énergie d'un photon rouge. C'est important car les cellules solaires et les plantes ne peuvent absorber la lumière du soleil que si l'énergie est juste. Lorsqu'un matériau absorbe la lumière du soleil, les photons de la lumière transfèrent leur énergie aux électrons du matériau. Les électrons ne peuvent absorber de l'énergie que dans une plage étroite, de sorte qu'un électron donné ne pourra accepter que l'énergie des photons de couleurs spécifiques dans le spectre lumineux.
La bonne énergie photonique
Les installations photovoltaïques et photosynthétiques sont conçues pour absorber les photons. Dans la photosynthèse, l'évolution a produit de la chlorophylle, une molécule qui absorbera la lumière du soleil la plus brillante. Pour le photovoltaïque, les ingénieurs ont conçu des cristaux où les électrons peuvent utiliser juste la quantité d'énergie contenue dans les photons du soleil. Dans les deux cas, les photons sont absorbés par les électrons, qui absorbent l'énergie supplémentaire. Un électron avec une énergie supplémentaire est appelé un électron excité, ou un électron dans un état excité.
Manipulation des électrons excités
Les cellules végétales et solaires doivent gérer rapidement les électrons excités, avant qu'elles n'abandonnent leur énergie et retournent là où elles étaient avant d'absorber leurs photons. Dans la photosynthèse, le problème est résolu en déplaçant l'électron d'une molécule à une autre jusqu'à ce qu'il se dépose dans une molécule qui peut stocker de l'énergie pendant longtemps. Dans le photovoltaïque, les électrons excités sont entraînés dans un circuit, où ils exécutent quelque chose immédiatement ou sont acheminés dans une batterie pour y être stockés.
Cellules sensibilisées au colorant
Il existe un type de cellule photovoltaïque non standard qui essaie de copier le fonctionnement de la photosynthèse. Au lieu de déplacer un électron aussi rapidement que possible à travers un cristal d'atomes identiques, la cellule solaire à colorant absorbe l'énergie dans une molécule de colorant, puis transfère l'électron excité dans un autre matériau situé à côté du colorant molécule. Cela empêche l'électron de perdre son énergie inutilement. Lorsqu'il est connecté à un circuit, l'électron se fraie un chemin à travers le second matériau sans trop risquer de perdre son énergie.