Atât celulele solare, cât și plantele recoltează energie din lumina soarelui. Celulele solare fotovoltaice colectează lumina soarelui și o transformă în electricitate. Frunzele plantelor adună lumina soarelui și o transformă în energie chimică stocată. Atât celulele solare, cât și plantele fac aceeași treabă, dar o fac în moduri diferite. Există însă similitudini între cele două abordări. Un tip de celulă solară este chiar conceput pentru a fi cât mai asemănător cu fotosinteza.
Energia din lumină
Energia din lumina soarelui vine ca niște pachete numite fotoni. Fotonii poartă fiecare un pic de energie. Energia unui foton albastru este mai mare decât energia unui foton roșu. Acest lucru este important, deoarece atât celulele solare, cât și plantele pot absorbi lumina soarelui numai dacă energia este corectă. Când un material absoarbe lumina soarelui, fotonii din lumină își transferă energia către electronii din material. Electronii pot absorbi energia doar într-un interval restrâns, astfel încât un anumit electron va putea accepta doar energie din fotoni de culori specifice din spectrul luminii.
Energia fotonică potrivită
Atât plantele fotovoltaice, cât și cele fotosintetice sunt configurate pentru a absorbi fotonii. În fotosinteză, evoluția a produs clorofilă, o moleculă care va absorbi cea mai strălucitoare lumină solară. Pentru fotovoltaice, inginerii au proiectat cristale în care electronii pot folosi doar cantitatea de energie conținută în fotonii soarelui. În ambele cazuri, fotonii sunt absorbiți de electroni, care preiau energia suplimentară. Un electron cu energie suplimentară se numește electron excitat sau un electron în stare excitată.
Manipularea electronilor excitați
Atât celulele vegetale, cât și cele solare trebuie să se ocupe rapid de electronii excitați, înainte ca aceștia să renunțe la energie și să se întoarcă acolo unde erau înainte de a-și absorbi fotonii. În fotosinteză, problema este rezolvată prin mutarea electronului de la o moleculă la alta până când se instalează într-o moleculă care poate stoca energie pentru o lungă perioadă de timp. În fotovoltaic, electronii excitați sunt îndepărtați într-un circuit, unde fie rulează ceva imediat, fie sunt direcționați într-o baterie pentru stocare.
Celule sensibilizate la colorant
Există un tip non-standard de celulă fotovoltaică care încearcă să copieze modul în care funcționează fotosinteza. În loc să deplaseze un electron cât mai repede posibil printr-un cristal de atomi identici, celula solară sensibilizată la colorant absoarbe energia într-o moleculă de colorant, apoi transferă electronul excitat într-un alt material situat adiacent colorantului moleculă. Acest lucru împiedică electronul să-și poată pierde energia inutil. Când este conectat la un circuit, electronul își croiește drum prin cel de-al doilea material fără prea mult pericol de a-și pierde energia.
