קווי הדמיון בין תא סולארי ופוטוסינתזה

גם תאי השמש וגם הצמחים קוצרים אנרגיה מאור השמש. תאים סולאריים פוטו-וולטאיים אוספים אור שמש ומשנים אותה לחשמל. עלי צמחים אוספים אור שמש והופכים אותה לאנרגיה כימית המאוחסנת. גם תאי השמש וגם הצמחים עושים את אותה העבודה, אך הם עושים זאת בדרכים שונות. עם זאת, יש דמיון בין שתי הגישות. סוג אחד של תא סולארי נועד אפילו להיות דומה ככל האפשר לפוטוסינתזה.

האנרגיה באור השמש מגיעה כמו חבילות קטנות הנקראות פוטונים. פוטונים כל אחד נושא מעט אנרגיה. האנרגיה של פוטון כחול גבוהה יותר מהאנרגיה של פוטון אדום. זה חשוב מכיוון שתאי שמש וגם צמחים יכולים לספוג אור שמש רק אם האנרגיה נכונה. כאשר חומר סופג אור שמש, הפוטונים באור מעבירים את האנרגיה שלהם לאלקטרונים שבחומר. אלקטרונים יכולים לספוג אנרגיה רק ​​בטווח צר, ולכן אלקטרון נתון יוכל לקבל אנרגיה רק ​​מפוטונים בצבעים ספציפיים בספקטרום האור.

הן פוטו וולטאיקה והן צמחים פוטוסינתטיים מוגדרים לקליטת פוטונים. בפוטוסינתזה, האבולוציה ייצרה כלורופיל, מולקולה שתספוג את אור השמש הבהיר ביותר. עבור פוטו וולטה, מהנדסים תכננו גבישים שבהם האלקטרונים יכולים להשתמש רק בכמות האנרגיה הכלולה בפוטונים של אור השמש. בשני המקרים פוטונים נספגים על ידי אלקטרונים, התופסים את האנרגיה הנוספת. אלקטרון בעל תוספת אנרגיה נקרא אלקטרון נרגש, או אלקטרון במצב נרגש.

תאים צמחיים ותאים סולאריים חייבים לטפל במהירות באלקטרונים נרגשים, לפני שהם מוותרים על האנרגיה שלהם וחוזרים לאן שהיו לפני שספגו את הפוטונים שלהם. בפוטוסינתזה הבעיה נפתרת על ידי העברת האלקטרון ממולקולה אחת לאחרת עד שהיא מתמקמת במולקולה שיכולה לאגור אנרגיה לאורך זמן. בפוטו וולטאיקה האלקטרונים הנרגשים הועברו למעגל, שם הם מריצים משהו מייד או מועברים לסוללה לאחסון.

יש סוג לא סטנדרטי של תא פוטו-וולטאי שמנסה להעתיק את האופן שבו פועלת פוטוסינתזה. במקום להזיז אלקטרון במהירות האפשרית דרך גביש של אטומים זהים, התא הסולרי הרגיש לצבע סופג אנרגיה במולקולת צבע, ואז מעביר את האלקטרון הנרגש לחומר אחר הממוקם בסמוך לצבע מולקולה. זה מונע מהאלקטרון להיות מסוגל לאבד את האנרגיה שלו ללא תועלת. כאשר הוא מחובר למעגל, האלקטרון עושה את דרכו בחומר השני ללא סכנת יתר לאבד את האנרגיה שלו.