Zowel zonnecellen als planten halen energie uit zonlicht. Fotovoltaïsche zonnecellen vangen zonlicht op en zetten het om in elektriciteit. Plantenbladeren verzamelen zonlicht en zetten het om in opgeslagen chemische energie. Zowel zonnecellen als planten doen hetzelfde werk, maar ze doen het op verschillende manieren. Er zijn echter overeenkomsten tussen beide benaderingen. Eén type zonnecel is zelfs ontworpen om zo veel mogelijk op fotosynthese te lijken.
Energie uit licht
De energie in zonlicht komt als kleine pakketjes die fotonen worden genoemd. Fotonen dragen elk een klein beetje energie. De energie van een blauw foton is hoger dan de energie van een rood foton. Dat is belangrijk, want zowel zonnecellen als planten kunnen alleen zonlicht opnemen als de energie precies goed is. Wanneer een materiaal zonlicht absorbeert, dragen de fotonen in het licht hun energie over aan elektronen in het materiaal. Elektronen kunnen alleen energie absorberen in een smal bereik, dus een bepaald elektron kan alleen energie accepteren van fotonen met specifieke kleuren in het lichtspectrum.
De juiste fotonenenergie
Zowel fotovoltaïsche als fotosynthetische installaties zijn opgezet om fotonen te absorberen. Bij fotosynthese heeft evolutie chlorofyl geproduceerd, een molecuul dat het helderste zonlicht zal absorberen. Voor fotovoltaïsche energie hebben ingenieurs kristallen ontworpen waarin de elektronen precies de hoeveelheid energie kunnen gebruiken die in zonlichtfotonen zit. In beide gevallen worden fotonen geabsorbeerd door elektronen, die de extra energie opnemen. Een elektron met extra energie wordt een aangeslagen elektron genoemd, of een elektron in aangeslagen toestand.
Omgaan met opgewonden elektronen
Zowel planten- als zonnecellen moeten aangeslagen elektronen snel verwerken, voordat ze hun energie opgeven en teruggaan naar waar ze waren voordat ze hun fotonen absorbeerden. Bij fotosynthese wordt het probleem opgelost door het elektron van het ene molecuul naar het andere te verplaatsen totdat het bezinkt in een molecuul dat gedurende lange tijd energie kan opslaan. Bij fotovoltaïsche energie worden de geëxciteerde elektronen afgevoerd naar een circuit, waar ze ofwel meteen iets laten lopen of naar een batterij worden geleid voor opslag.
Kleurstofgevoelige cellen
Er is een niet-standaard type fotovoltaïsche cel die probeert de manier te kopiëren waarop fotosynthese werkt. In plaats van een elektron zo snel mogelijk door een kristal van identieke atomen te bewegen, heeft de kleurstofgevoelige zonnecel absorbeert energie in een kleurstofmolecuul en brengt vervolgens het geëxciteerde elektron over naar een ander materiaal dat zich naast de kleurstof bevindt molecuul. Dat weerhoudt het elektron ervan zijn energie nutteloos te verliezen. Wanneer het is aangesloten op een circuit, baant het elektron zich een weg door het tweede materiaal zonder al te veel gevaar zijn energie te verliezen.