Semelhanças da célula solar e fotossíntese

As células solares e as plantas captam energia da luz solar. As células solares fotovoltaicas coletam a luz solar e a transformam em eletricidade. As folhas das plantas captam a luz do sol e a convertem em energia química armazenada. Tanto as células solares quanto as plantas estão fazendo o mesmo trabalho, mas de maneiras diferentes. No entanto, existem semelhanças entre as duas abordagens. Um tipo de célula solar é projetado para ser o mais semelhante possível à fotossíntese.

A energia da luz solar vem como pequenos pacotes chamados fótons. Cada um dos fótons carrega uma pequena quantidade de energia. A energia de um fóton azul é maior do que a energia de um fóton vermelho. Isso é importante porque as células solares e as plantas só podem absorver a luz do sol se a energia for adequada. Quando um material absorve a luz do sol, os fótons da luz estão transferindo sua energia para os elétrons do material. Os elétrons só podem absorver energia em uma faixa estreita, portanto, um determinado elétron só será capaz de aceitar energia de fótons de cores específicas no espectro de luz.

Tanto as plantas fotovoltaicas quanto as fotossintéticas são configuradas para absorver fótons. Na fotossíntese, a evolução produziu clorofila, uma molécula que absorverá a luz solar mais brilhante. Para a energia fotovoltaica, os engenheiros desenvolveram cristais onde os elétrons podem usar apenas a quantidade de energia contida nos fótons da luz solar. Em ambos os casos, os fótons são absorvidos pelos elétrons, que absorvem a energia extra. Um elétron com energia extra é chamado de elétron excitado ou elétron em estado excitado.

Tanto as células vegetais quanto as solares precisam lidar com elétrons excitados rapidamente, antes de desistir de sua energia e voltar para onde estavam antes de absorver seus fótons. Na fotossíntese, o problema é resolvido movendo o elétron de uma molécula para outra até que ele se fixe em uma molécula que pode armazenar energia por um longo tempo. Na fotovoltaica, os elétrons excitados são levados para um circuito, onde executam algo imediatamente ou são encaminhados para uma bateria para armazenamento.

Existe um tipo não padrão de célula fotovoltaica que tenta copiar a forma como a fotossíntese funciona. Em vez de mover um elétron o mais rápido possível através de um cristal de átomos idênticos, a célula solar sensibilizada por corante absorve energia em uma molécula de corante, em seguida, transfere o elétron excitado para outro material localizado adjacente ao corante molécula. Isso impede que o elétron perca sua energia inutilmente. Quando conectado a um circuito, o elétron abre caminho através do segundo material sem muito perigo de perder sua energia.